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

11я в воде. Из рис. 2-16 видно, что ру резинЬі, напол­ ненной тальком, незначительно изменяется в процессе увлажнения, в то время как рѵ резин, наполненных мелом, заметно снижается, особенно при использовании в качестве наполнителя мела химически осажденного.

ом-см

Рис. 2-16. Изменение удельного объемного сопротив­ ления изоляцнонноіі резины ТСШ-45 в процессе увлажнения при температуре 20 °С.

I — 100% мела химически осажденного; 2 — 50% мела хими­

ІО15 ом ■см, также могут оказать влияние на ру резины. Электропроводность резины в значительной мере за­ висит от температуры. Это объясняется тем, что с по­ вышением температуры подвижность молекул вещества быстро возрастает и, следовательно, повышается по­ движность ионов, которые обусловливают более высо­

кую проводимость материала.

На рис. 2-17 показана температурная зависимость удельного объемного сопротивления опытных изоляцион­ ных резин типа ТСШ-40 на основе различных каучуков

содинаковыми наполнителями (тальк и мел химический

в. соотношении 7:3) и мягчителем (парафин) и серий­ ной кабельной резины ТСШ-35А. При температуре 20 °С опытные резины на основе СКЭП, СКЭПТ, бутилкаучука и серийная ТСШ-35А имеют близкие значения р у ;

50

трической прочности резины одного и того же состава могут сильно колебаться. На рис. 2-22 приведены ста­ тистические данные определения электрической прочно­ сти резины ТСШ-35А, изготовленной на опытном заводе НИКИ г. Томска. Измерения проводились на образцах.

Рис. 2-18. Изменение тангенса угла диэлектрических по­ терь изоляционной резины ТСШ-45 в процессе увлаж­ нения при температуре 20 °С.

/ — 100% мела химически осажденного; 2 — 50% мела химически осажленного+50% талька; 3 — 100% талька; 4 — 100% мела сепа­ рированного.

обеспечивающих пробой в условиях равномерного поля. Напряжение поднималось плавно до пробоя со ско­ ростью 2 кв/сек. Образцы изготовлены из одной партии резины.

Из рис. 2-22 видно, что электрическая прочность ре­ зины колеблется от 35 до 60 кв/мм.

Большой разброс значений электрической прочности резины вызывается неоднородностью ее состава: каучу­ ки, наполнители, мягчители, сера и др. Наличие в рези­ не неоднородных частиц или включений, имеющих ди­ электрическую проницаемость, отличающуюся от ди­ электрической проницаемости всей массы резины, вызывает искажение внутреннего электрического поля, что и приводит к значительным отклонениям пробивных напряжений.

Кроме однородности, на электрическую прочность изоляции влияет сам состав резины. При увеличении

52

содержания каучука в смеси электрическая прочность резины повышается.

Изоляционные резины, выполненные на основе раз­ личных каучуков при одинаковом количестве последних в смеси, также будут иметь различные электрические прочности, так как сами кау­ чуки имеют разные значе­

ния Епр (табл. 2-13).

Значительное влияние на электрическую прочность изоляционных резин оказывает наполнитель (табл.2-16).

Электрическая прочность резины зависит, естествен­ но, и от условий окружающей среды: влаги, темпера­ туры, наличия деформаций и т. д. Увлажнение резины, например, приводит к заметному снижению Еар [Л. 21].

Т а б л и ц а 2-16

Электрическая прочность изоляционной резины на основе натурального каучука (содержание каучука в смеси 35%)

с различными наполнителями

53

зывает специфическое каталитическое действий на про­ цессы окисления каучуков и других органических ин­ гредиентов резин.

Внешне действие озона на резиновую изоляцию вы­ ражается в образовании глубоких трещин, пронизы­ вающих всю толщину изоляции и расположенных под углом 90° к направлению растяжения. Ослабленная такими трещинами резина резко снижает свою электри­ ческую прочность.

Наиболее важным

ность в боковых цепях не существенна для озоностойко­ сти и что разрушительное действие озона проявляется при воздействии на основные цепи полимера (Л. 23].

Одним из эффективных методов стабилизации, за­ щищающих резины от озонного старения, является ин­ гибирование химического взаимодействия озона с поли­ мерами путем введения в рецепты резиновых смесей специфических химических соединений — антиозонантов. Это особенно важно в случае, когда для изоляции

55

высоковольтных кабелей используются каучуки,- кото* рые по своей природе не стойки к действию озона: НК, СКВ, СКС-ІЗО АР-ПД, СКД.

(или продукт 4010:NA), который защищает резину от действия озона при концентрациях до 0,05% по объему и в меньшей степени снижает электроизоляцион­ ные свойства ее по сравнению с другими антиозоиантами.

Дозировку аитиозонанта устанавливают в пределах от 2 до 5% в зависимости от ожидаемой концентрации озона, воздействию которого будет подвергаться резина. Необходимо помнить, что в случае недостаточного коли­ чества аитиозонанта растрескивание резины под дейст­ вием озона может усилиться [Л. 24]. Кроме того, в про­ цессе теплового старения изоляционной резины часть аитиозонанта расходуется, вследствие чего озоностой­ кость постепенно снижается. Очень важное значение имеет равномерное распределение аитиозонанта в рези­ новой смеси.

При деформации растяжения озоностойкость резины значительно снижается.

В [Л. 25, 26] показано, что с увеличением деформа­ ции время до появления озонных трещин монотонно уменьшается; время до разрыва образцов проходит через минимум в области критической деформации. Существование критической деформации обусловлено высокой эластичностью резин, благодаря чему при де­ формировании возникают процессы ориентации молекул каучука, приводящие к упрочнению материала и вслед­ ствие этого к уменьшению скорости роста озонных трещин. Факторы, затрудняющие ориентацию молекул полимера при деформации (понижение температуры, введение наполнителя), вызывают сдвиг критической деформации в область больших напряжений.

Физико-механические свойства. Основными физико-

мёханическими свойствами изоляционной резины явля­ ются предел прочности при разрыве и относительное удлинение, характеризующее эластические свойства.

Состав резины оказывает решающее влияние на ме­ ханическую прочность и эластические свойства изоля­ ционной резины (табл. 2-17), а также на изменение

56

указанных свойств при повышении температуры и в про­ цессе теплового старения.

Из табл. 2-17 видно, что в зависимости от типа выбранного каучука механическая прочность и относи­ тельное удлинение резин могут изменяться в широких

Т а б л и ц а 2-17

Свойства стандартных изоляционных резин на основе различных каучуков

Значительное влияние оказывают также тип и дози­ ровка наполнителя (рис. 2-24).

Приведенные и другие [Л. 10, 27] данные показывают, что двуокись кремния и каолин оказывают наибольшее усиливающее действие, а мел — наименьшее. Обычно при больших (более 20 вес. ч.) наполнениях предел прочности при разрыве понижается с увеличением дозировки минерального наполнителя, и эта тенденция тем заметнее, чем меньше активность наполнителя. Однако увеличение содержания тонкодисперсной дву­ окиси кремния и каолина, относящихся к классу усили­ вающих (активных) наполнителей, может существенно увеличить механическую прочность резин на основе не­ кристаллизующихся каучуков ОКБ, СКС, СКМС, СКЭП. Введение активных наполнителей в резины на основе

57

Следует отметить большой разброс в величинах раз­ рывной прочности и относительного удлинения изоля­ ционных резни одного н того же состава, обусловлен­ ный многокомпонеитностыо резиновой смеси, неодне родностью структуры вулкапнзата и др.

Для изоляционных резин важное практическое зна­ чение имеет также зависимость механических характе­ ристик от температуры.

Рис. 2-24. Зависимость предела прочности при разрыве резины на основе СКЭП от содержания и типа напол­ нителей.

/ — белая сажа; 2 — каолин; 3 — канальная газовая сажа; 4 — активная печная сажа ПМ-70.

Изучение характера изменения физико-механических свойств изоляционной резины ТСШ-35А при изменении температуры от 20 до 120°С показало, что разрывная прочность и относительное удлинение резины при повы­ шении температуры значительно снижаются. Характер изменения механических характеристик при повышении температуры практически остается одинаковым как для резин, не бывших в работе, так и для резин, кото­ рые подвергались старению в естественных и искусст­ венных условиях при разных температурах и продол­ жительности.

Хладостойкость. Хладостойкость резины обычно ха­ рактеризуется температурой, ниже которой резина те­ ряет эластичность и при деформации разрушается,

58

Высокие эластические свойства резни обусловлива­ ются гибкостью молекулярных цепей каучуков, содер­ жащихся в резине; поэтому основное влияние на хладостойкость резины оказывают тип входящего в нее каучука и количественное содержание последнего

всмеси.

Взависимости от строения молекулярной цепи

(наличие или отсутствие боковых групп, их размер, полярность, симметричность расположения) каучуки имеют различную полярность и разную величину сил внутри- и межмолекулярного сцепления и, следователь­ но, неодинаковую подвижность (гибкость) макро­ молекул.

Неполярные каучуки (НК, СКИ, СКБ-рД, СКД, СКС, СКМС, бутилкаучук,.СКЭ.П), используемые в изо­ ляционных резинах, характеризуются высокой гиб­ костью цепи, сохраняющейся вплоть до очень низких температур.

Хладостойкость изоляционных резин из основных каучуков была приведена в табл. 2-17.

Как видно из табл. 2-17, наиболее высокой хладо­ стойкостью обладают изоляционные резины, содержа­ щие каучук СКД. Однако резиновые смеси, содержащие 100% СКД, обладают плохими технологическими свой­ ствами, а вулканизаты характеризуются малой механи­ ческой прочностью и малым относительным удлинением.

В [Л. 27] сообщалось о разработке хладостойких (—60ч— 70°С) изоляционных резин ТСШМ-40 на осно­ ве комбинации каучуков НК+СКД и НК+ (СКМС—

10РПД).

Хладостойкость резины может быть улучшена за счет введения в резиновую смесь специальных пласти­ фикаторов, имеющих низкую температуру замерзания; как, например, дибутилфталат, диоктилсебацинат и дибутилсебацинат. Для заметного повышения хладостой­ кости резины необходимо ввести довольно значительное количество такого пластификатора (20—30% от веса каучука), что отрицательно влияет на технологические свойства резиновых смесей, а вулканизаты характери­ зуются низкими электроизоляционными свойствами, по­ скольку указанные выше пластификаторы являются полярными веществами.

Следует также учитывать, что со временем старения хладостойкость резиновой изоляции снижается.

59