книги из ГПНТБ / Дмитревский, В. С. Высоковольтные гибкие кабели

С т е р е о р е г у л я р н ы й б у т а д и е н о в ы й к а у ­ чук (СКД) получается при полимеризации бутадиена в растворе в присутствии комплексных катализаторов и содержит 92—96% звеньев 1,4, в том числе 80—95% цис 1,4 и 1—12% транс 1,4; содержание звеньев 1, 2 не пре­ вышает 4—8%.

За границей стереорегулярный бутадиеновый каучук известен как эуропрен цис 4 (Италия), диен америпол

старению и износостойкости вулканпзаты на основе СКД значительно превосходят вулканпзаты на основе НК.

Электроизоляционные свойства резин на основе СКД зависят от чистоты полимера. Каучук, не содержащий водорастворимых солей н механических примесей, по­ зволяет получить резину, которая по электроизоляцион­ ным свойствам находится на уровне резин на основе ди­ электрических каучуков, например СКБ-рД.

По прочности и температуростойкости резины на ос­ нове СКД уступают резинам из НК. Кроме того, рези­ новые смеси, содержащие 100% СКД, обладают плохи­ ми технологическими свойствами.

Каучук СКД в комбинации с НК и СКИ использует­ ся в изоляционных резинах повышенной морозостойко­

СКМС) является продуктом совместной полимеризации бутадиена со стиролом или метилстиролом.

Бутадиен-стирольпый каучук является наиболее де­ шевым каучуком и, кроме того, характеризуется мень­ шей склонностью к скорчингу (подвулканизации) и перевулканизации и повышенным сопротивлением тепло­ вому старению по сравнению с НК.

Для кабельной промышленности изготавливаются специальные диэлектрические бутадиен-стирольные кау­ чуки, например СКС-ЗОАРПД (СССР), эуропрен 1503 (Италия) GRS-1503, 1004 (США).

Каучук СКС-ЗОАРПД позволяет получить резину, которая по электроизоляционным свойствам не уступает резине на основе НК. Из синтетических каучуков бута- диен-стирольный каучук получил наибольшее распрост­ ранение во всем мире.

40

Недостатком изоляционных резин иа основе бутади- ен-стирольных каучуков является низкая механическая прочность, поэтому в нашей практике в изоляционных резинах, как правило, применяется композиция этого каучука с НК или СКИ.

Б у т и л к а у ч у к представляет собой сополимер изо­ бутилена с изопреном. По сравнению с натуральным

каучуком бутилкаучук менее неопределен, поэтому он более устойчив к действию озона.

Благодаря малой непредельности бутилкаучука ре­ зины на его основе обладают высоким сопротивлением тепловому старению [Л. 10] и в этом отношении имеют явные преимущества перед резинами из НК, СКИ, СКС, СКБ, с к д .

Высокая нагревостойкость резин на основе бутилкау­ чука позволяет эксплуатировать их при рабочей темпе­ ратуре 85 °С [Л. 11], в то время как для изоляции из бутадиен-стиролы-юго каучука допускается рабочая температура 75 °С за рубежом и 65 °С в нашей стране.

Бутилкаучук и резины на его основе характеризуют­ ся высокими диэлектрическими свойствами, сохраняю­ щимися при длительном увлажнении. По влагостойкости бутилкаучук превосходит все известные промышленные каучуки (Л. 10].

Недостатками резин на основе бутилкаучука являют­ ся плохая технологичность и, как и в случае других кри­ ст аллизующихся каучуков, значительное снижение фи­ зико-механических показателей резины при повышении температуры окружающей среды, повышенная остаточ­ ная деформация.

Стойкость к нагреву и влаге, высокие диэлектриче­ ские свойства и устойчивость против коронного разряда, во много раз превосходящие свойства вышеописанных полимеров, обеспечили применение за рубежом бутил­ каучука для изоляции токопроводящих жил кабелей на напряжение до 30 кв [Л. 11, 12].

Американская фирма «Хазард», выпускающая, в ча­ стности, высоковольтные экскаваторные кабели, широ­ ко применяет для изоляции резину на основе бутилкау­ чука и в проспектах особенно подчеркивает озоностой­ кость и теплостойкость такой изоляции. По данным этой фирмы применение бутиловой изоляции в комплексе с внутренним полупроводящим экраном исключилЬ слу­

41

чай пробоя кабеля вследствие озонного разрушения ре­ зины. Это, по-впднмому, объясняется не столько озоно­ стойкостью резин, сколько отсутствием озона при нали­ чии внутреннего полупроводящего экрана.

Исследования, выполненные в НИКИ г. Томска в по­ следнее время, показали, что стойкость бутиловых резин к воздействию озона при температурах 50°С и выше резко снижается.

В нашей стране высоковольтные кабели с бутиловой изоляцией серийно не выпускаются.

Э т и л е н п р о п и л е н о в ы й к а у ч у к (С К Э П) яв­ ляется продуктом совместной полимеризации этилена с пропиленом и не содержит двойных связей.

Обладая в силу отсутствия двойных связей в молеку­ ле каучука очень высокой стойкостью к действию озона и тепловому старению, этиленпропиленовая резина отли­ чается от резины на основе бутилкаучука еще более высокой нагревостойкостью, большим удельным элек­ трическим сопротивлением при повышенных температу­ рах и во влажной среде и меньшими диэлектрическими потерями [Л. 10, 13, 14].

Короностойкость этпленпропиленовой резины выше, чем хлорсульфополпэтилена, поливинилхлорида, бутило­ вой резины, обычного и сшитого полиэтилена (Л. 13].

Этиленпропиленовые резины имеют температуру хрупкости —50н— 70°С и эластические свойства на уровне резины из натурального каучука, однако уступа­ ют последней по механической прочности.

По условиям теплового старения допустимая темпе­ ратура нагрева жил кабелей с этпленпропиленовой изо­ ляцией может быть принята равной 90°С для 30-летнего

соковольтные кабели с изоляцией из этиленпропилено­ вой резины, принимает рабочую температуру на жилах 90 °С, но экскаваторные кабели на 35 кв с целью обес­ печения большого запаса надежности рассчитываются

исходя из температуры 80°С.

В табл. 2-12 приведены некоторые характеристики изоляционной резины на основе отечественного этиленпропиленового каучука (СКЭП) (по данным ВНИИКП). Недостатком этиленпропиленовой резины являются

42

неудовлетворительные технологические свойства и низ­ кая скорость вулканизации.

С целью повышения скорости вулканизации получе­ ны тройные сополимеры, состоящие из этилена, пропи­ лена и небольшого количества дивинила или другого углеводорода, содержащего двойные связи. В СССР

тройные сополимеры носят название СКЭПТ. Сополи­ меры СКЭПТ можно вулканизовать обычными приема­ ми — серой с ускорителями. Очень эффективна в каче­ стве ускорителя комбинация тиурама с каптаксом.

Сополимеры СКЭПТ легко обрабатываются на валь­ цах, каландруются, шприцуются и смешиваются с боль­ шим количеством наполнителей и масел и в этом отно­ шении выгодно отличаются от СКЭП аналогичной жест­ кости.

Физические свойства СКЭПТ близки к физическим свойствам СКЭП, а вулканизаты СКЭПТ по основным

43

45

ной жилы, что позволяет применять нелуженую медную проволоку. Кроме того, тиурам позволяет получить бо­ лее нагревостойкую резину по■сравнению с серой [Л .10,

15].

В резиновых смесях на основе бутилкаучука в каче­

Для вулканизации резиновых смесей на основе этиленпропиленовых каучуков типа СКЭП применяют глав­ ным образом органические перекиси (перекись дикумпла, перекись дитретнчного бутила и др.). Введением в резиновую смесь вместе с перекисью небольшого коли­ чества серы (10—15% от перекиси) достигаются наи­ лучшие механические свойства резин. Сера способству­ ет перекисной вулканизации, участвуя в процессе струк­ турирования и ингибируя реакции разрыва цепи [Л. 16].

Полимеры СКЭПТ, содержащие третий сокомпонент — диолефин, вулканизуют серой с ускорителями.

С увеличением содержания серы возрастает скорость вулканизации, повышается прочность при разрыве. Од­ нако для получения нагревостойких резин из СКЭПТ следует снижать содержание серы в смесях до 0,5—0,8 вес. ч. с соответствующим увеличением дозировок уско­ рителей.

П р о т и в о с т а р и т е л и вводятся в резиновые смеси для защиты их от старения под влиянием различных факторов: нагрева, кислорода (антиоксиданты), озона (антиозонанты). Наибольшее применение в качестве антиоксиданта в изоляционных резинах получил неозои

Д(фенил-р-нафтпламин). Обычная дозировка неозона

Днаходится в пределах 1—2 вес. ч.

Для защиты от действия озона в резины вводятся физические и химические антиозонанты. К физическим антиозонантам относятся парафин, церезин, озокерит и воски. Их защитное действие заключается в том, что мигрируя на поверхность резины, они образуют на ней тонкую инертную по отношению к озону пленку. При деформации резины действие физических антиозонантов ослабляется вследствие разрушения пленки. Дозировка физических противостарителей колеблется от 5 до 10 вес. ч.

К химическим антиозонантам относятся сантофлексы IP и AW. В изоляционных резинах на основе ҢК,

46

СКЙ, СКВ, СКД, СКС в качестве антиозонанта пршйёняется главным образом сантофлекс ЛР, или продукт 4010 NA (й-фенил-Ы/-изопропил-/г-фенилендиамин), ко­ торый, не влияя на электроизоляционные свойства рези­ ны, защищает ее от действия озона. Дозировку антио­

сей для улучшения технологических свойств, снижения стоимости резиновых смесей и придания необходимых физико-механических и электроизоляционных свойств вулканизованным резинам.

Визоляционных резинах наиболее широкое приме­ нение находят минеральные наполнители: мел, тальк, каолин, белая сажа.

Ввысоковольтных изоляционных резинах главным образом применяется химически осажденный мел и кол­ лоидальный тальк (микротальк) и дегидратированный каолин, которые по сравнению с другими минеральными наполнителями обладают большей способностью прида­

вать резинам высокую электрическую прочность

[Л. 17, 18].

Белая сажа (коллоидная кремнекислота) состава

2,1 г/см3.

В СССР используются белые сажи в основном типа аэросил и марки У-333. Белые сажи, так же как и угле­ родные, относятся к усилителям. По нагревостойкостп резины с белыми сажами значительно превосходят ре­ зины с углеродными сажами. Недостатком белых саж является их высокая гигроскопичность.

Путем нагрева аэросила в парах модифицирующего агента (кремнийорганический мономер) можно придать

прочности вулканизатов на основе этиленпропиленового каучука в 2—2,5 раза; диэлектрические свойства при этом не ухудшаются ни в исходном состоянии, ни при длительном увлажнений при температуре 70 °С.

Использование небольших дозировок тонкодисперс­ ной двуокиси кремния в смеси с кальцинированным каолином или мелом'представляет определенный инте-

47

pec с целью усиления изоляционных резин на основе бутилкаучука и этплеипропнленового каучука.

М я г ч и т е л и —вещества, которые повышают пла­ стичность резиновой смеси. При введении мягчителей сокращается время изготовления резиновой смеси, сни­ жается ее температура, улучшается распределение по­ рошкообразных ингредиентов в каучуке, облегчаются каландрование, шприцевание и формование смеси вследствие увеличения ее текучести, а также улучшает­ ся качество поверхности изоляции.

Очевидно, что мягчители, применяемые в высоко­ вольтных резинах, должны быть полностью насыщенны­ ми соединениями. Обычно в высоковольтных изоляцион­ ных резинах в качестве мягчителей используются пара­ фин и стеариновая кислота.

Парафин получается из масляных фракций нефти и представляет собой смесь твердых насыщенных угле­

48

ЦИ0ННЫМИ свойствами (py=lÖ15 ом-см). Содержание парафина колеблется от 3 до 10 вес. ч.

Стеариновая кислота получается расщеплением жи­ ров и имеет структурную формулу С17Н35СООН. Являясь хорошим мягчителем, стеариновая кислота одновремен­ но служит активатором ускорителей вулканизации. Дозировка ее составляет от 1 до 5 вес. ч.

Типовая рецептура и основные свойства высоковольт­ ных изоляционных резин, применяемых в нашей стране, представлены в табл. 2-14 и 2-15.

Основные свойства изоляционных резин

Удельное объемное сопротивление. Общеизвестно, что в той или иной мере все изолирующие материалы, в том числе и резины, способны проводить электрический ток.

Удельное объемное сопротивление резины зависит от типа каучука,, но в значительной степени зависит и от типа наполнителя, содержание которого в резиновой смеси составляет около 50%. Особенно заметно влияние наполнителя проявляется в условиях воздействия на резину влаги. На рис. 2-16 [Л. 10] представлена зависи­ мость удельного объемного сопротивления ру резины от типа наполнителя и от продолжительности пребыва-