5.8.2 Гуми

1. Натуральний каучук, основні властивості і галузь застосування.

2. Синтетичний каучук, основні властивості і галузь застосування.

1. Широке застосування в електропромисловості і особливо в кабельних виробах отримала гума. Гума складається з багатокомпонентної суміші на основі каучуків і близьких до них за властивостями речовин, званих еластомерами. Гума для отримання необхідних властивостей піддається процесу так званої вулканізації.

Натуральний каучук (НК) одержують з молочного соку (латексу) рослин - каучуконосів. За хімічним складом він є полімерним вуглецем складу (С₅Н₈), в окремих ланках молекули якого є подвійні зв'язки.

Висока еластичність каучуку обумовлена тим, що його молекули мають зигзагоподібну, «шарнірну» форму. Під дією розтягуючих зусиль форма ланцюжка каучуку наближається до прямолінійної, при цьому виходять рентгенограми, характерні для кристалічних тіл, що мають впорядковане розташування молекул у просторі. В нерозтягнутому стані каучук має властивості аморфних тіл. Чистий натуральний каучук для виготовлення електричної ізоляції не застосовується, оскільки він і його розчинники мають малу стійкість до дії як підвищених, так і знижених температур. Ці недоліки усуваються після проведення процесу вулканізації, тобто нагрівання після введення в каучук сірки. При вулканізації дані зв'язки деяких ланцюжних молекул розриваються і зшивають ланцюжки молекул через атоми сірки з утворенням просторової структури.

За своїми діелектричними характеристиками натуральний каучук може бути віднесений до практично неполярних діелектриків ^ Ом м; =2,4; tg = 0,002. При збільшенні у складі гуми сірки після вулканізації каучуку спостерігається збільшення і tg пов'язане з посиленням полярних властивостей матеріалу через вплив атомів сірки.

Для звичайних електроізоляційних гум діелектричні характеристики лежать у таких межах: ^ Ом м;= 3-7; tg = 0,02-0,1; Епр = 20-30 МВ/м.

При виготовленні гум до складу гумової суміші вводять різні наповнювачі (крейду, тальк), а також фарбники, каталізатори (прискорювачі) процесу вулканізації і інші речовини. На струмопровідні жили гумова суміш накладається у вигляді трубки певної товщини (методом екструзії) і у такому вигляді вулканізується. Різні конструкційні діелектричні вироби вулканізують у пресах за допомогою прес-форм.

Перевагою застосування гуми для ізоляції і захисної оболонки кабелів є можливість отримання необхідної гнучкості, вологостійкості, маслостійкості, здатності не поширювати горіння і високих електричних і фізико-механічних характеристик. Підвищена нагрівостійкість гум досягається застосуванням синтетичних каучуків типу кремнійорганічних.

Гуми знаходять застосування для виготовлення ізоляції установочних і монтажних проводів, гнучких переносних проводів і кабелів, а також для захисних рукавичок, калош, килимків і ізоляційних трубок, вживаних при монтажі проводів.

Як електроізоляційний матеріал гума має і ряд недоліків. До їх числа слід віднести низьку нагрівостійкість. При нагріванні гума старіє, стає крихкою і тріскається. Швидке старіння гуми спостерігається також при дії на неї світла, особливо ультрафіолетового. Гума не стійка до дії озону, який може утворюватися при іонізації повітряних включень або в навколишньому повітрі при високих напруженостях електричного поля. Вільна сірка, не пов'язана хімічно з каучуком, яка використовується як вулканізуючий агент, діє на мідні жили, утворюючи на поверхні сірчисту мідь, крім того, вона погіршує електроізоляційні властивості гум. Тому сірка не рекомендується для виготовлення ізоляційної гуми, а застосовується тільки при виготовленні шлангових гум. Як вулканізуючий агент для ізоляційних гум використовують тіурам - органічну сполуку, що містить сірку. Тіурам має ту властивість, що додає гумам більш високу стійкість проти теплового старіння в порівнянні з сірчистими з'єднаннями. Тоді як для сірчистих гум допускається робоча температура +55 ^оС, для тіурамових гум вона підвищується до +65 ^оС, а за наявності свинцевої або полівінілхлоридної оболонки навіть до +80 ^оС . Якщо необхідно на мідну жилу кабельного виробу нанести звичайну гумову ізоляції, то мідь заздалегідь покривається розділовим шаром олова або іншого металу, не схильного до впливу сірки, або папером.

2. Синтетичний каучук (СК) широко застосовують, крім натурального каучуку, особливо в кабельній промисловості. Гуми для захисних оболонок кабелів виготовляються виключно на основі СК, а в ізоляційних сумішах більше половини НК замінюють на СК.

Бутиловий каучук (бутилкаучук) одержують сумісною полімеризацією ізобутилену з невеликою кількістю ізопрену або бутадієну. Бутилкаучук відрізняється більш високою стійкістю, ніж натуральний, до теплового старіння. Гуми на основі бутилкаучуку відрізняються вологостійкістю і добрими електроізоляційними властивостями, мають більш високу стійкість проти спрацювання, ніж гуми на основі НК, що визначає їх застосування для виготовлення гумової ізоляції, що працює при відносно високих температурах і високих напругах. До недоліків бутилкаучуку відносяться значні залишкові деформації при розтягуванні і стисненні.

Хлоропреновий каучук одержують полімеризацією хлоропрену. Хімічна будова хлоропренового каучуку обумовлює його досить цінні специфічні властивості через присутність атомів хлору в молекулі хлоропрену, який є полярним діелектриком і має невисокі електроізоляційні властивості, але в той же час має високу стійкість до дії масел, гасу, бензину. Гуми на основі цього каучуку мають значно більш високу стійкість проти дії озону і велику стійкість до старіння, ніж гуми на основі НК. З наявністю хлору пов'язана і інша властивість хлоропренового каучуку - не горючість.

Стійкість наіритових гум до нафтопродуктів вигідно використовувати в кабелях, експлуатованих на бурових і розвідувальних роботах. Не горючість гуми використовується в кабелях, призначених для роботи в шахтах і пожежонебезпечних приміщеннях. Недолік хлоропренового каучуку і гум на його основі - низькі електроізоляційні характеристики, підвищені вологопроникність, низька холодостійкість, різке зниження міцності і відносного подовження при підвищених температурах.

Кремнійорганічні каучуки в основі будови молекул мають полісилоксановий ланцюжок. Для отримання гумових сумішей на основі кремнійорганічного каучуку до нього додають наповнювачі - кремнекислоту (біла сажа), діоксид титану і вулканізуючий агент - пероксид бензоілу. Гуми на основі кремнійорганічних каучуків мають високу нагрівостійкість. Тривала робоча температура 250 ^оС, розкладання полімеру наступає при 400 ^оС. До числа переваг кремнійорганічних гум належать їх висока холодостійкість – вони зберігають гнучкість при температурі від -70 до + 100 ^оС – і високі електроізоляційні властивості.

Недоліками кремнійорганічних каучуків і гум на їх основі є невисокі механічні властивості, мала стійкість до розчинників і дорожнеча.

У кабельній промисловості знаходять застосування кремнійорганічні гуми марок К-69, К-1520, К-673, К-69Т.