Во второй статье цикла о термоуcадочных трубках рассмотрим свойства материалов, которые применяют производители термоусадки: как материал влияет на характеристики трубок и условия эксплуатации.
Термоуcадочные материалы получили широчайшее распространение в энергетике, электротехнике и микроэлектронике; в приборо-, машино- и судостроении; в химической, нефтегазовой, авиакосмической отраслях. Чтобы термоусадка выдерживала эксплуатацию в тяжелых условиях, к ее надежности предъявляются строгие требования.
Никакая отдельная трубка не обладает универсальной комбинацией этих свойств, поэтому приходится расставлять приоритеты. Химические и большинство физических характеристик термоуcадочных изделий определяются характеристиками полимера основы. Выбор трубки начинается с выбора материала, а не диаметра или цвета.
Характеристики термоуcадочных трубок:
- электрическая прочность,
- стойкость к высоким и низким температурам,
- горючесть,
- стойкость к нефтепродуктам и маслам,
- химическая стойкость к растворителям, щелочам и кислотам,
- физические свойства: мягкость, жесткость, гибкость, прочность.
Расскажем подробнее о свойствах самых известных полимеров, из которых делают термоусадку.
ПОЛИОЛЕФИНЫ (PE)
Полиолефины — синтетические продукты полимеризации олефинов. Распространенные полиолефины: полиэтилен (PE), полипропилен (PP) и этиленвинилацетат (EVA, сэвилен), композиция которого используется как термоплавкий клей для термоуcадочных трубок. В промышленности важны также полиизобутилен и
Для изготовления полиолефиновых термоуcадочных трубок применяется радиационно или химически «сшитый» полиэтилен с пластификаторами, подавителями горения, красителями и
В мире из полиолефинов изготавливают 90% термоуcадочных трубок. Их свойства похожи
Полиолефины обладают хорошей гибкостью в широком температурном диапазоне и достаточной для повседневных задач механической прочностью.
Модифицированные полиолефины устойчивы к концентрированным и разбавленным кислотам, эфирам, спиртам, альдегидам, кетонам и растительным маслам. Кратковременно способны выдержать воздействие алифатических и ароматических углеводородов (бензол), минеральных масел и сильных окислителей. При этом материал медленно и необратимо разрушается в длительном контакте с ГСМ. Галогенсодержащие углеводороды разрушают полиолефины быстро.
Диапазон рабочих температур полиэтиленовых трубок: от -50°С до +125°С, поэтому их применяют как внутри, так и снаружи помещений. Некоторые тугоплавкие композиции на основе полиолефина могут иметь повышенную рабочую температуру: до +135°С и даже до +150°С, но столь высокие эксплуатационные температуры являются для полиолефинов предельными.
В зависимости от композиции материала меняется и температура усадки полиолефиновых трубок. Низкотемпературные трубки начинают усадку при +70°С, а высокотемпературные трубки требуют для полной усадки нагрева до +135°С.
ЭЛАСТОМЕРЫ (СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ)
Рис.1 Пример применения
трубок с клеем для герметизации
кабельных проходов
Модифицированные синтетические эластомеры, или синтетические резины, используются для изготовления специальных термоуcадочных трубок.
Свойства эластомерных трубок: гибкость, стойкость к температурам до +150—170°С, хорошие электроизоляционные свойства и стойкость к
ФТОРСОДЕРЖАЩИЕ ЭЛАСТОМЕРЫ (VIT0N®)
Viton ® — торговая марка серии фторсодержащих эластомеров компании DuPont. Полимеры Viton относятся к классу материалов FKM, в основе которых лежит фторсодержащий синтетический каучук. Термином «фторсодержащие эластомеры» обозначают сополимеры гексафторпропилена (HFP) и винилиденфторида (VDF или VF2), терполимеры тетрофторэтилена (TFE), винилиденфторид (VDF) и гексафторпропилен (HFP), а также перфторметилвиниловый эфир со специальными добавками. Содержание фторидов в употребительных марках Viton — от 66 до 70%. В зависимости от состава и пропорций смеси эластомеров, у разных производителей Viton может иметь несколько отличающиеся
Viton устойчив к ГСМ, но несовместим с кетонами и органическими кислотами. Некоторые модификации стойки к концентрированным неорганическим кислотам, горячему пару, высоким температурам.
По диэлектрической прочности Viton уступает другим полимерам, но все равно годится для изоляции.
Термоуcадочные трубки из Viton выпускаются черного цвета, это напрямую связано с составом материала.
Viton устойчив к огню: в открытом пламени обугливается, но самостоятельно горение не поддерживает даже при большой концентрации кислорода.
Трубки из Viton рекомендуются для применения в автомобильной, морской, авиакосмической промышленности — везде, где требуется контакт с ГСМ и биодизелем в больших концентрациях. Диапазон рабочих температур термоуcадочных трубок: от -50°С до +200–220°С.
Для справки
Эластомеры (эластичные полимеры) — полимеры со свойствами эластичности. Эластомерами называют материалы, обладающие специфическими механическими свойствами эластичной деформации под нагрузкой, после которой они возвращаются в первоначальное состояние без повреждений и сохранения элементов постоянной деформации. Бытовое название эластомеров — резины.
ПОЛИВИНИЛХЛОРИД (PVC)
PVC — поливинилхлорид. В России обозначается буквами ПВХ, в остальном мире — PVC. Поливинилхлорид — линейный термопластичный полимер винилхлорида. Из этого пластика получают свыше 3000 видов материалов и изделий для промышленности. PVC — хороший изолятор. Из поливинилхлорида преимущественно изготавливают внешнюю изоляцию проводов и корпуса электротехнических приборов.
Поливинилхлорид устойчив к влаге, кислотам, щелочам, растворам солей, промышленным газам, ГСМ, спиртам. Частично растворяется в кетонах, сложных эфирах, хлорированных углеводородах.
Чистый поливинилхлорид — жесткий пластик белого цвета. Это uPVC, или rigid PVC — жесткий поливинилхлорид. Гибкий поливинилхлорид называется «soft PVC». Для его получения в исходный полимер добавляют
Термоуcадочные трубки изготавливаются как из жесткого, так и из мягкого поливинилхлорида и используются для низковольтной электрической изоляции и в декоративных целях. Трубки из жесткого поливинилхлорида изготавливают в виде тонкостенных цветных пленок и применяют для стягивания электрохимических элементов, конденсаторов, аккумуляторов в батарейные блоки и как альтернативу окрашиванию изделий.
Температура стеклования поливинилхлорида: 75–80 °C, а температура растрескивания находится в пределах -20°С для жесткого и -30°С для мягкого PVC, поэтому такие трубки не годятся для работы при высоких и низких температурах, зато дешевы.
Чистый, без добавок поливинилхлорид физиологически безвреден, но при термическом разложении выделяет опасные для организма вещества. Кроме того, в чистом виде он не используется, а токсичные добавки постепенно выделяются в атмосферу во время срока службы изделия. При разрушении модифицированного пластификаторами материала, особенно при горении, выделение токсичных компонентов возрастает многократно. Кроме того, вред окружающей среде наносится на этапе производства поливинилхлорида, поэтому его использование подпадает под ограничения.
Хотя трубки и пленки из жесткого ПВХ нетоксичны, у некоторых производителей появилась тенденция заменять их трубками из более безопасного в производстве полимера
ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ (PET)
Этот недорогой полимер — сложный полиэфир терефталевой кислоты. В России известен под названием лавсан или полиэстер. Из него делают пластиковые бутылки и синтетические ткани. Имеет хорошую физическую и химическую стойкость, прочность. Из полиэстера изготавливают сверхтонкостенные термоуcадочные трубки, которые поставляются в плоском виде. Трубки из PET — замена трубкам из жесткого поливинилхлорида для защитного покрытия оборудования, стягивания батарей гальванических элементов, аккумуляторов, конденсаторов, катушек индуктивности и механической защиты радиоэлектронных компонентов. Могут использоваться как замена окрашиванию при маркировке изделий. Диапазон рабочих температур от -40°С до +130°С, хотя непосредственно сам полимер выдерживает температуру до +170°С. Пластик PET, в отличие от поликарбоната и стекла, пропускает
ФТОРПОЛИМЕРЫ
Полимеры с содержанием фтора применяются для специфических задач
PTFE — ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕН
Материал под торговой маркой «тефлон» разработала американская компания DuPont. В России используется название
Из PTFE изготавливают термо- и химически стойкие термоуcадочные трубки для целей, определяемых свойствами материала. Диапазон рабочих температур от -60°С до +270°С, температура усадки от +350°С до +370°С. Применяют термоуcадочные трубки из фторопласта для изготовления лабораторного оборудования, прецизионных инструментов и приборов, работающих в неблагоприятных и агрессивных средах (в том числе в ГСМ), в авиакосмической отрасли, автомобильной, электротехнической и других областях промышленности. Трубки из PTFE прозрачны, с характерным голубоватым отливом. Трубки не очень эластичны и сравнимы по этому параметру с PVDF. Из минусов трубок PTFE отметим дороговизну
PVDF — ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИД
В мире встречается под названием Kynar ® , реже Hylar или Sygef. В России часто называется ПВДФ. Свойства PVDF схожи со свойствами PTFE: химическая инертность и стойкостью к кислотам, щелочам, растворителям, ГСМ и другим агрессивным агентам. Хорошо сопротивляется горению, почти не выделяет дыма при нахождении в пламени. Обладает очень хорошей механической прочностью. Выдерживает высокие температуры до +175°С, а некоторые его модификации — даже до +190°С. Не так хорошо, как PTFE, но лучше полиолефинов. Поливинилиденфторид выпускается в виде листов, трубок и пленок. Трубки из PVDF на вид, как правило, прозрачные, полужесткие, не очень эластичные. Поливинилиденфторид обладает отличными электроизоляционными свойствами, поэтому с успехом применяется для электрической изоляции компонентов лабораторного и прецизионного электрооборудования и датчиков, работающих в сложных условиях.
Трубки из PVDF могут применяться в качестве путепроводов для активных химических реагентов в химической промышленности. PVDF используют при изготовлении
FEP — ФТОРЭТИЛЕНПРОПИЛЕН (ФТОРОПЛАСТ-4МБ)
Сополимер гексафторпропилена, FEP мягче, чем PTFE, и размягчается при +260–280°C. Он прозрачен и устойчив к ультрафиолетовому излучению. Химические и физические свойства сходны с PTFE, но FEP несколько проще поддается формованию. Имеет температуру плавления и рабочую температуру чуть меньшую, чем PTFE и FPA. Фторэтиленпропилен малоизвестен в России как термоуcадочный материал. Трубки из этого полимера редки и применяются при разработке высокотехнологичных приборов и изделий.
PFA — ПЕРФТОРАЛКОКСИ (ФОРОПЛАСТ-50)
Фторполимер со свойствами, схожими с PTFE. Обладает прекрасной химической стойкостью, низким коэффициентом трения и другими характеристиками, как у PTFE. Температура плавления +300–315°C.
Рис.2 Силиконовые трубки
Рис.3 Трубки из материала FEP
СИЛИКОНЫ
Силиконы (от лат. Silicium — кремний) — группа органических веществ сложного строения, в составе которых присутствует кремний. Более правильно называть силиконы полимеризованными силоксанами, или кремнийорганическими полимерами. Силиконы бывают жидкими (силиконовое масло), резиноподобными и твердыми, как пластик. Термоуcадочные трубки изготавливают из резиноподобного силикона.
Преимущества силиконовых резин: гибкость, электрическая прочность, химическая инертность, нетоксичность, диапазон рабочих температур. Наиболее употребительные кремнийорганические резины: диметил-, триметил- и тетраэтилсилоксановые резины.
Силоксаны устойчивы к большинству кислот и щелочей, за исключением концентрированных щелочей и концентрированной серной кислоты. К сожалению, силиконовая резина растворяется в большинстве органических растворителей и высших спиртах, поэтому она несовместима с ГСМ.
Из силиконовой резины изготавливают изоляционные трубки высокой электрической прочности. Технология сшивки силикона сложнее, чем обработка полиолефина. Кроме того, силиконовая резина — дорогой полимер. По этой причине термоуcадочные трубки из силикона редки, их производят только некоторые компании, например Raychem, Woer. Использование таких трубок ограничено специфическими сферами применения, где требуются уникальные свойства силиконовой резины: неизменность и повышенная теплостойкость. По этим свойствам силикон близок к эластомерам. Коэффициент усадки силиконовых трубок редко превышает 1,5:1.
ЭТИЛЕН-ПРОПИЛЕН-ДИЕНОВАЯ РЕЗИНА (EPDM)
Преимущества EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer rubber): водостойкостью, устойчивостью к озону, стойкостью к нагреву и охлаждению. Материал долго не изнашивается, не токсичен, не аллергичен, не пылит и не выделяет в атмосферу вредных веществ. EPDM имеет высокую электрическую прочность, близкую по значению к силиконовой резине.
Материал EPDM демонстрирует хорошую совместимость с огнестойкими гидравлическими жидкостями, кетонами, горячей и холодной водой и паром, щелочами.
Этилпропилендиеновая резина плохо совместима с большинством масел, бензином и нефтепродуктами, ароматическими и алифатическими углеводородами, галогенсодержащими растворителями и концентрированными кислотами.
Сферы применения EPDM чрезвычайно широки: ремни, прокладки, мембраны, уплотнительные и герметизирующие материалы, покрытия спортивных дорожек. Часто
Трубки из EPDM, как правило, черные, шероховатые, стойкие к повышенным температурам изделия. Коэффициент усадки термоуcадочных трубок из EPDM невысок, составляет 1,5–1,7 к 1. Термоуcадочные трубки из EPDM производятся далеко не каждым производителем термоусадки, на российском рынке они малоизвестны.
Надеемся, что после ознакомления с описаниями полимеров, применяемых для производства термоуcадочных изделий, вы сделаете осознанный выбор подходящей трубки. Добавим, что при выборе между трубками со схожими свойствами из различных полимеров стоит, по возможности, смещать выбор в пользу более дешевых и распространенных материалов, но при этом не экономить на качестве продукции.
Михаил Нижник, генеральный директор, ООО «Группа Меттатрон»
Виталий Рожков, заместитель генерального директора по маркетингу, ООО «Протон»
Журнал «Производство электроники», 2009 №4, 5, 6
Первая часть цикла: Термоуcадочные трубки: Все о главном. Часть 1
Продолжение статьи: Термоуcадочные трубки: Все о главном. Часть 3
Советуем прочитать:
И снова термоусадочная трубка. Ответы на главные вопросы
Где купить трубку PTFE и как правильно ее усадить?
Тотальная универсальность или 10 необычных применений термоусадочной трубки