Введение к работе
Актуальность проблемы. Полиэтилен (ПЭ) имеет хорошие физико-механические, диэлектрические и технологические свойства. После сшивания в ПЭ возникает пространственная сетчатая структура, его нагревостойкость, устойчивость к растрескиванию и другие свойства значительно повышаются. Поэтому сшитый ПЭ (СПЭ) широко применяется в электроизоляционной и кабельной технике.
Например, по сравнению с силовыми кабелями с бумажно-пропитанной изоляцией и воздушными линиями кабели с изоляцией из СПЭ имеют ряд преимущества, и считается, что в близком будущем смогут заменить кабели с бумажно-пропитанной изоляцией.
Преимущества кабелей с изоляцией из СПЭ обусловлены в основном свойствами СПЭ. В ходе протекания сшивания ПЭ включается ряд физико-химических процессов, которые в разной степени влияют на свойства СПЭ. При получении, переработке, хранении и эксплуатации изделий из СПЭ под действием света, тепла, кислорода, электрического поля, ионизирующих излучений, механических напряжений, магнитного поля и других факторов, в СПЭ протекает деструкция, которая может приводить к разрыву цепей макромолекул, уменьшению молекулярной массы и ухудшению физико-химических и эксплуатационных свойств СПЭ.
Поскольку свойства СПЭ тесно связаны с рядом реакций формирования структуры и деструкции, протекающих в процессе сшивания и эксплуатации, то изучение физико-химических процессов сшивки и деградации СПЭ, определение кинетических параметров реакций сшивания и старения и моделирование изменений свойств СПЭ в процессе старения, имеют важное значение в производстве и эксплуатации высококачественных электроизоляционных и кабельных материалов из СПЭ.
Цель работы. Исследование механизмов процессов, определяющих влияние разных факторов на реакции сбивания и прививания силана к ПЭ, на пространственное строение и свойства СПЭ; изучение изменений значений параметров, характеризующих свойства СПЭ, в процессе теплового старения.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
- определить кинетические параметры реакций пероксидного сшивания и прививания силана к ПЭ, используя различные методы;
- определить влияние массовой доли вулканизатора на пространственное строение ПЭ, сшитого пероксидом (СППЭ);
- изучить влияния параметров ПЭ, силана, пероксида и других компонентов на процессы прививания и сшивания, на пространственную структуру и физические свойства силанольносшитого ПЭ (ССПЭ);
- исследовать влияния разных технологий сшивания на строение и свойства СПЭ;
- изучить метод прогнозирования срока хранения привитого ПЭ;
- выбрать параметры свойств СПЭ, чувствительные к тепловому старению СПЭ, установить соотношения между значениями этих параметров и временем старения и рассчитать эффективные кинетические параметры процесса старения.
Научная новизна. Показана возможность применения:
- методов дифференциальной сканирующей калориметрии для идентификации природы тепловых эффектов, наблюдаемых в процессах пероксид-ной и силановой сшивки ПЭ, применяемого в электроизоляционной технике;
- измеряемых в процессе ускоренного теплового старения относительного удлинения при разрыве, числа отрезков цепей между узлами сетки в единице объема, массовой доли нерастворенного вещества, массы образцов, электрического удельного объемного сопротивления, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь для определения параметров кинетики процесса теплового старения СППЭ и ССПЭ.
Для привитого силаном ПЭ рекомендованы температуры и соответствующие им сроки хранения, в течение которых материал может
- быть использован для изоляции кабельных изделий.
Установлено влияние разных способов сшивания на пространственное сетчатое строение и процесс кристаллизации ПЭ.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты работы использованы в учебно-методической работе кафедры Физики электротехнических материалов и компонентов и автоматизации электротехнологических комплексов Московского энергетического института (Технического университета) при подготовке выпускных работ бакалавров (по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»), дипломном проектировании (по специальности «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника»), при чтении лекций, постановке лабораторных работ и курсовом проектировании по дисциплинам «Основы электроизоляционной, кабельной и конденсаторной техники» и «Химия и технология диэлектрических материалов».
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены: на семинарах кафедры Физики электротехнических материалов и компонентов и автоматизации электротехнологических комплексов Московского энергетического института (Технического университета), на Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в 2003 - 2005 гг. (г. Москва), на 5-ой Международной конференции "Электротехнические материалы и компоненты" (ЇСЕМС - 2004), Крым, Алушта, 2004 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 97 наименований и приложения. Материал изложен на 163 страницах текста и иллюстрируется 35 таблицами и 90 рисунками.
Основные положения, представляемые к защите:
— зависимости скорости реакции сшивания и пространственного сетчатого строения СППЭ от исходной концентрации ((0-4)% мае.) пероксида; - влияние параметров ПЭ, силана и инициатора на скорость реакции прививания и зависимость пространственного сетчатого строения и свойства ССПЭ от исходных концентраций силана ((0 4)% мае.) и пероксида ((0-0,4)% мае);
- влияние разных способов сшивания на пространственное сетчатое строение и процесс кристаллизации ПЭ;
- рекомендуемая температура (25 °С) и соответствующий ей срок хранения (до 0,5 года) привитого ПЭ, в течение которого материал может быть использован для изоляции кабельных изделий;
- изменения в процессе теплового старения значений относительного удлинения при разрыве, числа отрезков цепей между узлами сетки в единице объёма, массовой доли нерастворенного вещества, массы образца, электрического удельного объемного сопротивления, диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь СПЭ.
