История полимера SOLFORCE

Человечество прошло через каменный, бронзовый и железные века, чтобы оказаться в полимерной эре.

Сегодня полимеры применяются почти во всех сферах современной человеческой жизни: пакеты в магазине, пластиковые бутылки, текстильные волокна, телефоны, компьютеры, зарядные устройства, упаковки для еды, автозапчасти, игрушки — полимеры буквально окружают вас повсюду.

Безусловно, кабельная промышленность не смогла пройти мимо этого материала и не использовать его фантастические возможности по максимуму. 




Из истории вопроса

Полимерные материалы начали активно применяться в кабельной промышленности в 1950-1960 годах. До этого на протяжении многих десятилетий основными материалами для изоляции проводов и кабелей являлись резина, бумага и асбест. Переход на полимеры позволил значительно улучшить технические характеристики и расширить области применения кабельно-проводниковой продукции.

Первыми полимерами, нашедшими широкое использование в качестве изоляции, стали полиэтилен и поливинилхлорид (ПВХ). Полиэтилен обладал высокой химической стойкостью и в то же время был доступен по цене, что обеспечило ему массовое внедрение. Однако у него был существенный недостаток – относительно невысокая теплостойкость, не превышающая 70-80°С.

ПВХ пластикаты позволяли изготавливать гибкий кабель и также отличались хорошей совместимостью с другими материалами. Но их рабочая температура ограничивалась 60-70°С. Кроме того, они обладали высокой горючестью, что накладывало ограничения на области применения. Требовалось создание принципиально новых полимеров, сочетающих в себе комплекс уникальных свойств. И здесь на передний план вышли фторопласты – полимеры на основе фторуглеродных соединений. Благодаря исключительно прочной связи атомов фтора и углерода в цепочке макромолекулы они демонстрировали рекордную для полимеров термостойкость, доходящую до 250-300°С.

Особенно широкое распространение с 1960-х годов получили два представителя этого класса – политетрафторэтилен (торговая марка фторопласт-4) и поливинилиденфторид (фторопласт-3). Их активно стали применять для изоляции проводов и кабелей, рассчитанных на работу при повышенных температурах – более 150°С. Это позволило использовать такие кабели в авиации, ракетостроении, атомной энергетике.

Однако у фторопластов был ряд недостатков: высокая стоимость, сложность переработки вследствие высокой вязкости расплава, низкая эластичность и прочность. Поэтому в 1970-1980 годы активизировались работы по модификации традиционных полимеров с целью улучшения их свойств.

Одним из наиболее успешных направлений стала разработка сшитого полиэтилена. Введение поперечных химических связей в структуру полиэтилена позволило значительно повысить его термическую стабильность. Теперь рабочая температура такого полиэтилена достигала 110-120°С. При этом сохранялись его достоинства – хорошая технологичность, эластичность и доступная цена.

Еще одним перспективным направлением стало создание композиций на основе ПВХ пластикатов с различными функциональными добавками. Целенаправленный подбор ингредиентов позволил значительно улучшить комплекс эксплуатационных свойств ПВХ изоляции, в том числе теплостойкость и огнестойкость.

90-е открывают новые виды супер-полимеров

К концу 1990-х годов ассортимент полимерных компаундов для кабельной изоляции значительно расширился. Помимо традиционных материалов появился целый ряд новых разработок:

• - Термоэластопласты – полимеры, сочетающие эластичность резины при комнатной температуре и термостойкость пластмасс при нагреве.
• - Сшитые этиленвинилацетаты – обладают повышенной гибкостью и морозостойкостью.
• - Силанольносшитый полиэтилен – отличается улучшенными электроизоляционными свойствами.
• - Фторэластомеры – эластичные фторполимеры, стойкие к агрессивным средам.
• - Полиимиды – полимеры с рабочей температурой свыше 200°С, применяются в высокотемпературных кабелях

  Несмотря на достигнутый прогресс, задача создания полимерных материалов с более высоким комплексом эксплуатационных свойств по-прежнему оставалась актуальной. Особенно это касалось кабельной продукции, предназначенной для работы в экстремальных условиях – при высоких и низких температурах, в агрессивных средах и т.д.

ООО "Алкор" начинает разработки уникального полимера SOLFORCE

Исходя из потребностей рынка, в 2011 году компания «Алкор» приступила к разработке принципиально нового полимерного эластомера, получившего рабочее название ЭП-1117. Перед коллективом разработчиков была поставлена амбициозная цель – создать материал, превосходящий по своим характеристикам существующие аналоги.

На первом этапе проводилось компьютерное моделирование структуры и свойств потенциальных полимеров. Анализировалось влияние различных факторов – химического строения макромолекул, молекулярной массы, степени кристалличности, наличия разветвлений и сшивок. В результате было выбрано несколько наиболее перспективных теоретических моделей для дальнейшей практической реализации.

Следующим шагом стал синтез полимеров в лабораторных условиях методом радикальной полимеризации с последующей химической или радиационной сшивкой. Было получено более 20 опытных образцов, которые затем подвергались всесторонним испытаниям.

Оценивались такие показатели, как термическая стабильность, химическая стойкость, эластичность при различных температурах, электрическая прочность, водопоглощение и др. По результатам скрининга был выбран опытный образец ЭП-1117, продемонстрировавший наиболее сбалансированный комплекс свойств.

Далее предстоял этап масштабирования технологии на уровень промышленного производства. И здесь возник ряд сложностей. В лабораторных условиях синтез проводился в небольших объемах при тщательном контроле всех параметров. При увеличении масштаба требовалось точно воспроизводить процесс получения эластомера ЭП-1117 в реакторах объемом до 1000 литров.

Однако на первых пилотных партиях возникали проблемы с обеспечением стабильности характеристик конечного продукта. Это было связано с трудностью равномерного перемешивания вязкой реакционной массы и отвода большого количества тепла. В результате имели место локальные перегревы, приводившие к нежелательным побочным реакциям.

Чтобы решить эту проблему, инженерами "Алкор" была разработана система автоматического контроля параметров синтеза эластомера ЭП-1117 в режиме реального времени. Внедрение этой системы позволило точно контролировать температуру, давление, скорость перемешивания на всех этапах процесса и оперативно корректировать отклонения.

В итоге удалось наладить стабильное производство эластомера ЭП-1117 заданного качества в промышленных масштабах. Этот подход – сочетание тщательной научной проработки состава материала и внедрения передовых производственных технологий – стал залогом коммерческого успеха.

После завершения опытно-промышленной отработки технологии эластомер ЭП-1117 был запущен в серийное производство в 2015 году под торговым названием SOLFORCE. Данное название отражает ключевые свойства материала – высокую термо- и морозостойкость, стойкость к агрессивным средам, повышенную прочность и долговечность.

Испытания подтвердили, что SOLFORCE по своим эксплуатационным характеристикам превосходит существовавшие на тот момент аналоги:

• - Термостойкость выше на 20%
• - Эластичность при отрицательных температурах выше на 15%
• - Стойкость к агрессивным средам выше в 1,5-2 раза
• - Электрическая прочность выше на 10%

Уникальное сочетание свойств SOLFORCE открывало новые возможности в области создания кабельно-проводниковой продукции для экстремальных условий эксплуатации.

Кабели и провода на его основе могли успешно применяться в суровых климатических условиях Крайнего Севера при температурах до -60°С. Эластомер также обеспечивал высокую стойкость к солям, нефтепродуктам и другим агрессивным средам, что было критически важно для объектов нефтегазовой отрасли.

Прочная структура SOLFORCE позволяла создавать кабели с расчетным сроком службы более 30 лет, что значительно повышало надежность кабельных систем на ответственных промышленных объектах. При этом конструкцию кабелей можно было оптимизировать за счет сокращения толщины изоляции без потери электротехнических характеристик.

Учитывая уникальные эксплуатационные возможности SOLFORCE, компания «Алкор» развернула масштабные работы по внедрению этого материала. Были разработаны рецептуры компаундов с его использованием, налажен выпуск широкой линейки кабельных изделий для различных областей применения.

Особое внимание уделялось продвижению новинки на рынок. Была проведена серия презентаций для ведущих потребителей кабельной продукции – предприятий нефтегазовой отрасли, энергетики, транспорта. Для них организовывались испытания опытных образцов кабелей на реальных объектах.

Сферы применения инновационного полимера "SOLFORCE"

 Практическое применение инновационного полимерного эластомера SOLFORCE показало его высокую эффективность в самых разных областях кабельной промышленности.

Кабели и провода на основе SOLFORCE активно используются при строительстве нефтегазовых объектов в сложных климатических условиях. Например, на месторождениях полуострова Ямал, где зимой температура может опускаться до -60°С. Благодаря высокой морозостойкости и гибкости SOLFORCE при низких температурах, кабельные линии надежно функционируют даже в сильные морозы.

Кроме того, стойкость полимерного эластомера к агрессивным средам позволяет использовать такие кабели на морских нефтедобывающих платформах. По словам специалистов нефтегазовых компаний, внедрение кабелей с изоляцией из SOLFORCE повысило надежность и безопасность энергоснабжения морских объектов.

Еще одно перспективное направление - применение кабельной продукции на основе SOLFORCE на предприятиях транспортной отрасли. Повышенная на 20% термостойкость эластомера по сравнению с аналогами обеспечивает надёжную работу кабельных систем в условиях высоких температур.

Это особенно актуально для железнодорожного транспорта. Кабели с SOLFORCE успешно используются при прокладке линий электропередач в непосредственной близости от горячих путей метро и трамваев.

В целом, по отзывам потребителей, использование кабельной продукции с применением полимерного эластомера SOLFORCE позволяет существенно увеличить срок службы кабельных линий и снизить аварийность за счет повышенной стойкости материала к экстремальным внешним воздействиям. Таким образом, внедрение этой перспективной разработки приносит значительный экономический эффект для предприятий реального сектора экономики.