автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Влияние структуры полиэтилена в крупногабаритных изделиях на свойства и их стабильность в процессе эксплуатации

Введение.

Глава 1. Технология переработки и свойства полимеров. (Литературный обзор).

1.1. Влияние технологии изготовления на структуру и свойства полимерных материалов.

1.2.Технология изготовления крупногабаритных изделий.

Постановка задачи.

Глава 2. Методика эксперимента.

2.1. Изготовление образцов.

2.2.Методики определения физико-механических и диэлектрических свойств и структуры полиэтилена.

2.2.1. Определение степени кристалличности частично-кристаллических полиолефинов.

2.2.2. Исследование надмолекулярной структуры.

2.2.3. Определение физико-механических свойств.

2.2.4.Определение электрической прочности.

2.3. Методики старения полиэтилена в различных условиях.

2.3.1. Термическое старение образцов.

2.3.2. Определение воздействия статической механической нагрузки на свойства полиэтилена.

2.3.3. Климатическое старение.

2.4. Обработка результатов.

2.4.2. Электрическая прочность.

Глава 3. Влияние технологических факторов на свойства полиэтилена при переработке в крупногабаритные изделия.

3.1. Температура расплава.

3.2. Влияние давления на свойства и структуру расплава.

Глава 4. Влияние различных факторов старения на свойства полиэтилена в крупногабаритных изделиях.

4.1. Действие климатических факторов старения ПЭ в крупногабаритных изделиях

4.2. Исследование стабильности свойств полиэтилена при действии статической механической нагрузки.

4.3 Исследование свойств полиэтилена в крупногабаритных изделиях при тепловом воздействии.

Глава 5. Модификация свойств полиэтилена в КГИ введением наполнителей.

5.1. О стойкости к растрескиванию полиэтилена без наполнителей.

5.2. Влияние ультрадисперсных наполнителей на механические и диэлектрические свойства полиэтилена в крупногабаритных изделиях.

Актуальность работы. Высоковольтная техника, развивавшаяся со времени освоения электрической энергии в течение многих десятилетий, в основном, как инструмент осуществления передачи электрической энергии на большие расстояния, с середины 20-го столетия получила новые стимулы для своего развития. Ими стали две новых отрасли науки и техники: высоковольтные импульсные технологии (электроразрядная, электровзрывная) и мощная импульсная энергетика, родившаяся на стыке между физикой высоких энергий и техникой высоких напряжений. Нередко в отечественной литературе они именуются объединенным названием «высоковольтная электрофизика». В англоязычной литературе таким объединяющим названием является «Pulsed Power». Основанием для такого объединения является наличие у них двух общих признаков - высокое напряжение (от десятков киловольт до десятков мегавольт) и импульсный (кратковременный) характер напряжения (от единиц наносекунд до десятков микросекунд). Есть у них еще один общий признак - очень высокие требования к электрической изоляции. В технологических установках это, прежде всего, большой ресурс (способность выдерживать без пробоев десятки-сотни миллионов импульсов), для мощных импульсных систем сильноточных ускорителей электронов и ионов, источников рентгеновского и лазерного излучения, источников сверхсильных магнитных полей - способность изоляции работать при предельно высоких рабочих градиентах. К тому же нередко на изоляцию одновременно с электрическим полем воздействуют другие сильнодействующие факторы: пучки заряженных частиц и излучения, статические и динамические механические нагрузки, высокие температуры и др.

Среди твердых диэлектриков хорошо зарекомендовали себя как изоляция в высоковольтных электрофизических установках полимеры и, в частности, полиэтилен.

В НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете в начале 70-х годов была разработана технология производства крупногабаритных изделий (КГИ) из полиэтилена высокого давления (ПЭВД). На протяжении всех этих десятилетий продолжается совершенствование технологии. По электрофизическим и механическим характеристикам созданная изоляция из блоков удовлетворяла предъявляемым требованиям. В связи с распространением электроимпульсной технологии, в том числе и за рубеж (Япония, Германия, Англия) жестче встал вопрос о гарантированной надежности элементной базы. Потребовались дополнительные сведения о характеристиках ПЭВД в КГИ и определение влияния применяемых технологических приемов на структуру и свойства полиэтилена. Перенести априори имеющиеся справочные данные было бы некорректно. Во-первых, эти результаты относятся к полиэтилену, переработанному по промышленным технологиям, приемы и параметры которых значительно отличаются от технологии производства крупногабаритных изделий. Во-вторых, большинство этих исследований проведено на пленочных образцах. Поэтому возникла необходимость проведения экспериментов по исследованию свойств ПЭВД в КГИ и зависимости от технологических параметров и приемов. Помимо этого потребовалось установить закономерность изменения свойств полиэтилена при воздействии на материал климатических и эксплуатационных факторов.

Таким образом, исследование свойств полиэтилена (ПЭ) в КГИ при различных условиях производства и эксплуатации является актуальной научной задачей, поскольку вносит вклад в выявление закономерностей формирования и изменения физических свойств таких сложных структур, какой является структура полиэтилена.

Кроме того, данная работа весьма актуальна и с практической точки зрения, поскольку дает возможность обоснованного подхода к выбору приемов и параметров изготовления ПЭ КГИ с заданными свойствами и прогнозированию ресурса такой изоляции.

Научная новизна работы

1. В отличие от промышленных технологий, при изготовлении КГИ кристаллизация ПЭ происходит наиболее полно, формируя близкую к равновесной надмолекулярную структуру с минимальным количеством дефектов. Это и является причиной отличий свойств ПЭ в КГИ от переработанного промышленными способами. Различие НМС разных партий ПЭ свидетельствует об определяющем влиянии на НМС процессов полимеризации и гранулирования ПЭ.

2. Близкий к равновесному характер НМС определяет устойчивость свойств ПЭ в КГИ к воздействию климатических факторов, механических и тепловых нагрузок в процессе эксплуатации в широком диапазоне их изменения. Некоторое снижение свойств в течение первых 100 часов воздействия повышенной температуры обусловлено структурными процессами, протекающими на поверхности материала, инициированными механическим и последующим тепловым воздействием.

3. Определяющим фактором формирования надмолекулярной структуры полиэтилена в условиях охлаждения без избыточного давления, а, следовательно, и его свойств, является невысокая скорость охлаждения расплава.

4. Обнаружено, что температура расплава неоднозначно влияет на свойства и структуру ПЭ. Выявлены аномальные выбросы большинства исследуемых характеристик при 180°С, связанные с изменением степени кристалличности при данной температуре одновременно у двух партий полиэтилена, имеющих разную НМС. При этой температуре наблюдается сближение, как степени кристалличности, так и большинства измеренных характеристик ПЭ разных партий, независимо от характера НМС.

5. Установлено, что в исследуемом диапазоне изменение давления при охлаждении не оказывает влияния на свойства материала и надмолекулярную структуру.

6. Эксплуатационными характеристиками КГИ из ПЭ можно управлять введением в исходный материал ультрадисперсных наполнителей. Среди исследованных УДП оптимальным оказался A1N, введение которого приводит к увеличению стойкости к растрескиванию при сохранении и даже повышении исходных диэлектрических и механических свойств полиэтилена

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований по влиянию параметров технологического процесса изготовления крупногабаритных изделий на структуру и свойства полиэтилена.

2. Равновесные условия переработки полиэтилена в КГИ способствуют формированию структуры с высокой степенью кристалличности, обладающей большей устойчивостью к воздействию длительных нагрузок (механических, температурных, климатических).

3. Свойства полиэтилена в крупногабаритных изделиях определяются главным образом степенью кристалличности, а не размерами надмолекулярных образований.

4. Введением ультрадисперсных порошков можно повысить стойкость полиэтилена к растрескиванию с сохранением характеристик материала на исходном уровне.

Практическая значимость полученных результатов заключается в разработке и практическом использовании рекомендаций по выбору таких параметров технологического процесса изготовления КГИ из ПЭ, которые позволяют значительно оптимизировать процесс как по энергозатратам, так и по эксплуатационным характеристикам изделий. Основные рекомендации сводятся к следующему.

1. В общем случае плавление полиэтилена рекомендуется проводить при температуре 140°С - минимальной температуре, обеспечивающей хорошую текучесть материала для полного заполнения формы расплавом полимера без применения давления.

2. Для изделий, подвергающихся воздействию динамических нагрузок в процессе эксплуатации, плавление полиэтилена целесообразно проводить при температуре 160°С; при этой температуре наблюдается максимум стойкости материала к растрескиванию.

3. Дополнительно стойкость к растрескиванию повышается введением в исходный материал ультрадисперсных наполнителей, например, порошка A1N.

4. Для изделий, эксплуатируемых при повышенной температуре, желательно изготавливать изделия требуемой конфигурации без последующей механической обработки, приводящей к снижению характеристик материала.

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций обеспечена большим объемом экспериментальных данных, полученных с использованием современных методик измерений и обработки результатов, согласованностью основных положений работы с существующими теориями строения полимеров, а также их подтверждением в процессе производства и эксплуатации КГИ.

Апробация работы. Основные положения и практические результаты работы обсуждались и докладывались на 2-ой (1996г.), 3-ей (1997г.), 6-ой (2000г.) областной научно-практической конференции молодежи и студентов «Современная техника и технологии» (Томск), 10-м отраслевом совещании «Проблемы и перспективы развития Томского нефтехимического комбината», (Томск, 1996г.), Международной научно-практической конференции по физике твердых диэлектриков «Диэлектрики-97», (С.-Петербург, 1997г.), the Second Russian-Korean International Symposium on Science and Technology KORUS'98, (Томск, 1998г.), а также на научных семинарах НИИ ВН при ТПУ.

В первой главе приведен литературный обзор работ по исследованию свойств (диэлектрических и механических) полимерных материалов и их взаимосвязи с надмолекулярной и молекулярной структурой частично-кристаллических полимеров.

Во второй главе описаны методики экспериментальных исследований, объекты исследований и использованные методы математической обработки экспериментальных данных.

В третьей главе рассмотрено влияние таких технологических факторов как температуры расплава и давления на стадии охлаждения полимера на свойства и структуру полиэтилена в крупногабаритных изделиях.

В четвертой главе изложены результаты исследований влияния различных факторов старения (климатических факторов, термического старения, статической нагрузки) на свойства полиэтилена в КГИ.

В пятой главе рассмотрено влияние технологических факторов на стойкость материала к растрескиванию, а также способы модификации свойств полиэтилена введением наполнителей в ультрадисперсном состоянии.

Публикации. По результатам исследований опубликовано пятнадцать публикаций (2 статьи, 13 тезисов и трудов конференций).

Основные результаты, представленные в главе III , можно обобщить следующим образом:

1. При скоростях охлаждения расплава полиэтилена, соизмеримых со скоростью кристаллизации, вопреки литературным данным, не просматривается однозначного влияния температуры расплава на свойства и структуру ПЭ. Вероятно, в этих условиях, независимо от температуры расплава, идет процесс восстановления зародышей кристаллизации, заложенных при полимеризации и гранулировании ПЭ. Об этом же свидетельствует различие НМС разных партий.

2. Аномальный ход большинства исследуемых характеристик при 180°С связан с изменениями величины степени кристалличности для обеих партий, имеющих различную НМС.

3. При температуре 180°С, несмотря на различие НМС в партиях №1 и №2, наблюдается сближение как степени кристалличности, так и большинства измеренных характеристик.

4. Установлено, что в исследуемом диапазоне изменение давления при охлаждении не оказывает влияния на свойства материала и надмолекулярную структуру. Выводы к главе III:

- Определяющим фактором формирования надмолекулярной структуры полиэтилена и его свойств в условиях охлаждения без избыточного давления является скорость охлаждения расплава. Поэтому для получения качественных КГИ из ПЭ необходимо охлаждать расплав полимера со скоростью, соизмеримой со скоростью кристаллизации полимера.

- Совокупность полученных экспериментальных данных по влиянию технологических параметров (температуры, давления) на надмолекулярную структуру и свойства материала обоснованно подтверждает применяемые технологические приемы (отказ от избыточного давления, применение вакуума), разработанных ранее методом эмпирического подбора режимов изготовления КГИ.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ СТАРЕНИЯ НА СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА В КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ

Крупногабаритные изделия из полиэтилена и других полимерных материалов эксплуатируются не только в закрытых установках или помещениях. Очень часто высоковольтные электрофизические устройства (ВЭФУ), в которых применяется полимерная крупногабаритная изоляция, работают на открытых площадках. В качестве примера можно назвать электроимпульсную установку для разрушения некондиционных железобетонных изделий (рис. 4.1). Это относится и к крупногабаритным изделиям иного назначения.

На изоляцию воздействует не только рабочее напряжение, но и перепады температуры, УФ-лучи солнечного света, повышенная влажность и др. Все эти факторы инициируют процессы химических превращений макромолекул, приводящие к деструкции или сшивке материала [80]. Эти два конкурирующих процесса приводят к необратимым изменениям исходных свойств полимера в сторону их ухудшения. Например, полиэтиленовая пленка при старении в естественных атмосферных условиях при облучении солнечным светом после 6-ти месяцев резко ухудшает свои свойства, а через 12 месяцев происходит ее полное разрушение. При старении этих же образцов в искусственных условиях в течение 1000 часов на стенде при перепаде температуры от -50 до +50 и действии УФ-облучения прочность при растяжении уменьшается на 20%, прочность при изгибе - на 50% и относительное удлинение при растяжении - на 81% [81].

Такое изменение характеристик ПЭ объясняется снижением молекулярного веса за счет деструкции полимера при разрушении наиболее слабой химической связи -С-С- в карбоцепных полимерах (энергия активации Еа=305 кДж/моль) [82]. При изучении реакции деструкции 3-х образцов ПЭ с молекулярным весом 23000, 16000 и 11000 в [83, 84] вычислены скорости реакции, а по ним - величины энергии активации. Расчеты показали, что энергия активации реакции термической деструкции повышается с увеличением молекулярного веса полимера.

Реакции окислительного старения полимеров начинаются при значительно более низких температурах, чем реакции чисто термического гомолитического распада.

Ниже приведен механизм термоокислительной деструкции, характерный для полиолифенов и, в том числе, для полиэтилена [82]. Механизм инициирования:

ЯН + 02-^[ЯН02] + Н02 нестабильный пероксидный комплекс

3.1)

Развитие, рост цепи:

Я° + 02-^>Я02 (3.2) яо2° + ЯООН + Я (3 з)

Развитие цепи:

Я00Н-)>Я00+0Н° (3.4)

ЯООН-> ЯО° + Я02° + Н20 (3.5)

ЯО° + ЯН ЯОН + Я° (3.6)

ОН° + ЯН Н20 + (3.7) Реакции обрыва: о о к 1

Я+Я^>Я-Я (3.8)

Я° + Я02°ЯООЯ (3.9)

Я° + Я02° -> ЯООЯ + 02 (ЗЛО)

Реакции 3.3 и 3.10 определяют скорость окисления полимеров, т.к. концентрация радикалов Я02° значительно больше радикалов Я*, вследствие того, что реакция 3.2. протекает без затрат энергии на активацию. о

Реакции пероксидных радикалов Я02 участвуют в передачи цепи, отрывая подвижный атом в нейтральной макромолекуле (3.3). Радикал Я02 может разрушаться по С-С связи с образованием различных кислородосодержащих продуктов.

Термодеструкция концевого радикала Я02 завершается выделением формальдегида и первичного радикала

СН2СН2Х-СН2-СНХ-> ~СН2С°НХ + 2Н2С I II оо° О 3.11

При распаде серединного ЯООН° образуются низкомолекулярные и полимерные альдегиды и менее активные к дальнейшей термодеструкции Я снх~

СН2СНХ-СН2СНХ-СНСНХ—> ~сн2снх-с°н~ + НХС + НС

0° А о

Радикал Я02 ответственен за реакции структурирования -СН-СН = СН~ + ~СН2-СН = СН---—> ~СН2-СН-С°Н~

3.12|

-н,

00е 0 1 0 1

-СН-СН = СН

3.13

Реакции оксидных радикалов Перенос цепи:

Ы1СН200 + Я° Я1С + ЯН первичный я2 I

Я1-СН-0 ° + Я° ЯГС-Я2 + ЯН

11вторичный

Я10° + ян -»Я]Он + я° 1I

3.14

3.15

3.16

Однако эти реакции для полиолефинов (ПО) менее характерны, чем деструктивные превращения, которые протекают по закону случая.

Я-СН2-0°->Я°+СН2-0 3.17

ЯрСН-О0-^^ Я2СН-0 или Я2°+ Б^СН-0

К-2 3.18

Яз

Я1-СН-00->Яз° + Яг-С-Я! или Я1°+ Я2-СО-Я3 или Ш-СО-Яз +Я2°

I II

Я2 О 3.19

Действие видимого света и особенно УФ-спектра активируют процессы деструкции. Фотоокислительная деструкция отличается от теплоокислительной лишь зарождением первичного радикала,

СН2-СН2-СН2-СН2-СН2~

-Н°,+ Ау

СН2-С°Н-СН2-СН2-СНГ

-СН2-С°Н-СН2-С°Н-СН2—миграция > ~сН2-С°Н-С°Н-СН2-СН2~->

СН2-СН = СН-СН 2-СН2^е^^И~СН2-(СН = СН )„-СН2-СН2~ - «=1,2,3,4. Ау и т.д. по уравнениям 3.2-3.19.

Важнейшим показателем качества полимеров является стабильность их свойств в процессе эксплуатации. Для увеличения стабильности свойств полимерных материалов применяются различные методы стабилизации их свойств [85-88]. С этой целью в материалы вводят химические добавки, ингибирующие фотохимические и термоокислительные процессы деструкции полимера. Введение стабилизаторов требует применения дополнительных операций при переработке (смешение полимера со стабилизатором) или непосредственно на стадии синтеза полимеров. Кроме того, необходимо выбирать стабилизатор в зависимости от последующих условий эксплуатации или вводить несколько химических добавок одновременно. Применение стабилизаторов приводит к удорожанию материала. Поэтому в последние годы промышленностью выпускается нестаби-лизированный полиэтилен.

Как известно, изменение свойств материала при старении обусловлено не только химическими процессами. Свойства полимеров в большой степени определяется их НМС. Наряду с химическими процессами деструкции и структурирования, большую роль в изменении эксплуатационных характеристик может играть трансформация НМС. Сопоставление результатов фотостарения полиэтиленовых пленок, полученных различными методами, позволило установить, что в тех случаях, когда исходная структура полимера практически не меняется, сохраняются и его физико-механические характеристики [89].

4.1. Действие климатических факторов старения ПЭ в крупногабаритных изделиях

Для исследования влияния климатических факторов на стабильность свойств были приготовлены блоки из полиэтилена высокого давления марки 15803-020 диаметром 130 мм, которые были подвергнуты 3-х годичному климатическому старению. Условия испытания представлены в табл. 4.1.

На рис. 4.2 - 4.6 представлены изменения некоторых свойств ПЭ во времени. Видно, что отчетливая закономерность в изменении этих свойств не просматривается. Значительное снижение отмечено только для ет (рис.4.2). Предел текучести (рис.4.3) со временем не только не уменьшается, а даже увеличиваться (в среднем на 17%). Предел прочности при разрыве (рис. 4.4) немного снижается, но затем растет вновь

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Опыт эксплуатации КГИ превышает 20 лет, однако детального исследования структуры и свойств ПЭ в КГИ и их зависимости от параметров технологического процесса проведено не было, из-за чего эти параметры до настоящего времени подбирались в значительной мере эмпирически. Не было изучено также изменение структуры и свойств (старение) ПЭ в КГИ при воздействии различных внешних факторов. Поэтому целью работы было исследование влияния условий изготовления и эксплуатации КГИ из ПЭ на структуру и свойства этого материала. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1) исследовали свойства и структуру полиэтилена, переработанного при различных параметрах технологического режима (изменяли температуру плавления и давление при охлаждении расплава). Для оценки степени повторяемости результатов использовали ПЭВД одной марки, но нескольких партий и произведенного разными заводами-изготовителями, так как часто паспортные данные разных партий одной и той же марки существенно различаются.

2) изучили закономерности старения ПЭ в КГИ при воздействии климатических факторов в течение 3-х лет и эксплуатационных (статическая нагрузка и тепловое воздействие);

3) исследовали возможности улучшения эксплуатационных характеристик ПЭ в КГИ модифицированием его ультрадисперсными наполнителями.

В результате проведенных исследований получены следующие результаты.

1. При скоростях охлаждения, соизмеримых со скоростью кристаллизации, происходит восстановление числа зародышей кристаллизации полиэтилена вне зависимости от температуры расплава, и затем формирование на них надмолекулярной структуры с высокой степенью организации (вплоть до сферолитов). Поэтому общепринятая концепция о влиянии температуры расплава на число центров кристаллизации нуждается в уточнении.

2. Развитая сферолитная структура в больших объемах не уступает по характеристикам мелкозернистой неравновесной, полученной по промышленным технологиям, а по ряду характеристик (таблица 6.1) превышает.

3. Надмолекулярная структура «программируется» уже на стадии синтеза полимера. Центры кристаллизации обладают хорошей памятью и способностью

120 восстанавливаться в условиях равновесной кристаллизации. Наглядным свидетельством этого является то, что в одинаковых условиях изготовления блоков разных партий одной марки, возникают НМС, отличающиеся как по размеру, так и по уровню структурной организации.

4. Наилучшее соотношение между полученными механическими характеристиками, стойкостью к растрескиванию и электрической прочностью достигается при введении в объем полимерной матрицы УДП A1N. Поэтому при дальнейших исследованиях по влиянию наполнения полиэтилена и других полимерных материалов ультрадисперсными порошками следует отдавать предпочтение именно этому наполнителю.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- свойства полиэтилена, переработанного в равновесных условиях, определяются главным образом не надмолекулярной структурой, а степенью кристалличности полимера. Так как технологические приемы позволяют восстановить разрушенные центры зародышеобразования, и возможна более полная кристаллизация полиэтилена, то параметры процесса уже не оказывают значительного влияния на образующуюся НМС. В материале, имеющем однородную равномерную структуру, практически не происходит изменения размеров НМС при изменении технологических параметров (температуры, давления). Поэтому свойства полиэтилена определяются степенью завершения процесса кристаллизации при различных условиях переработки;

- равновесная структура полимера с высокой степенью кристалличности, обладает устойчивостью к воздействию длительных нагрузок (повышенной температуры, статической механической нагрузки и климатических факторов). Однако, судя по флуктуационному характеру изменения свойств в полимере, при разных способах старения непрерывно происходят изменения, вызванные тепловыми колебаниями и длинноцепочечным строением макромолекул. Возможны разрывы и сшивки макромолекул, которые, в свою очередь, вносят изменения в структуру НМС. В неравновесных же структурах преобладают процессы разрыва, так как в них перестройка идет интенсивней и, следовательно, накопление разорванных связей, исходя из теории Журкова С.Н., происходит быстрее;

- введение в ПЭВД УДП в качестве структурообразователя приводит к значительному увеличению стойкости к растрескиванию материала в результате изменения структуры на надмолекулярном уровне; - для увеличения стойкости материала к растрескиванию при сохранении высокой электрической прочности необходимо вводить порошка с высоким удельным сопротивлением и с большой удельной площадью поверхности (малыми размерами частиц).

Практические результаты данной работы можно обобщить в следующем виде.

1. Отказ от повышенного избыточного давления не приводит к существенному изменению структуры и свойств полиэтилена в крупногабаритных изделиях; следовательно, поэтому охлаждение расплава полиэтилена при атмосферном давлении не приводит к видимому снижению эксплуатационных свойств полиэтилена. Гидростатическое давление верхних слоев расплава на нижние также не оказывает влияния на свойства и образующуюся структуру. Поэтому при изготовлении крупногабаритных изделий отказ от давления может способствовать значительной экономии материальных и энергетических затрат без видимых отличий свойств относительно данных, имеющихся в литературе.

2. Так как температура не оказывает существенного влияния на формирующуюся структуру и соответственно свойства полиэтилена в крупногабаритных изделиях, то плавление полиэтилена можно проводить при температуре 140°С - минимальной температуре, обеспечивающей хорошую текучесть материала для полного заполнения формы расплавом полимера, не применяя внешние дополнительные усилия. Дальнейшее повышение температуры нецелесообразно ввиду повышения экономических затрат.

3. Если изделие в процессе эксплуатации подвергается воздействию динамических нагрузок, то плавление полиэтилена целесообразно проводить при температуре 160°С; при этой температуре наблюдается максимум стойкости материала к растрескиванию.

4. В случае эксплуатации изделий при повышенной температуре желательно сразу изготавливать изделия требуемой конфигурации, не подвергая его последующей механической обработке. Так как при этом возможно снижение свойств полиэтилена.

5. Сравнение свойств полиэтилена в крупногабаритных изделиях со справочными данными и со свойствами ПЭ той же партии, переработанного по промышленной технологии, показало повышение такой важной эксплуатационной характеристики, как предел прочности при растяжении, примерно на 15%, увеличение стойкости к растрескиванию от 2-х до 15 раз (в зависимости от режима), уменьшение усадки в 6 раз. Остальные характеристики остаются на уровне справочных данных. Применение специфических приемов (отказ от избыточного давления на стадии охлаждения, малые скорости охлаждения расплава) в процессе изготовления крупногабаритных изделий из полиэтилена не приводит к снижению его свойств.

В заключении автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям профессору, д.т.н. В.Я.Ушакову, зам. директора НИИ ВН к.т.н. И.И.Сквирской. Автор признателен сотрудникам лаборатории «Полимер», коллективу НИИ ВН за оказанную в работе помощь, содействие и ценные советы. Особо автор благодарен заведующему лаборатории Б.В.Шмакову за всестороннюю поддержку и помощь.

Характеристики ПЭВД, переработанного разным методами.

Показатели ПЭВД, марка 10803-020

Справочные данные Результаты исследований образцов, вырезанных из изделий, переработанных по стандартным технологиям, партия №1 Результаты исследований образцов, вырезанных из КГИ, партия №1.

Электрическая прочность, кВ/мм (при толщине образца 1мм) 40-50 46 45-52

Плотность, кг/смЗ 917-920 918-921 916-917

Прочность при растяжении, МПа 9,3-9,5 7,6-9,2 9,1-10,8

Прочность при разрыве, МПа 12,2-12,5 11,1-12,7 9,4-12,3

Обратимая деформация, % — — 18,4-21,4

Относительная деформация при разрыве, % 400-550 410-470 405-520

Литьевая усадка, % 2-3% 0-4.5 0,3-0,5

Стойкость к растрескиванию, часы 2 4-33

Степень снижения свойств, характеризующих структурные изменения при тепловом старении, в течении 480 часов теплового воздействия 40% — 0

Степень снижения свойств, характеризующих структурные изменения при климатическом старении, в течении 36 месяцев 5 Он-100% — 10%

1. Дмитриевский B.C., Торбин Н.М. Расчет и конструирование электрической изоляции. -Томск, изд-во Томского университета, 1964- 392 с.

2. Галушко А.И., Максимова И.С., Оснач Р.Г., Хазановский П.М. Надежность изоляции электрических машин-М.: Энергия, 1979 198с.

3. Artbauer J., Griac J.// Koll.-Z. Polymere.- 1965,- Bd.205.- s.162-164.

4. Nitta Y., Funayama M.// IEEE Trans. Elec. Insulat.- 1982 v.El-13, №12.- p.130-133.

5. Fukuda T., Irie S., Asada Y.// IEEE Trans. Elec. Insulat 1982.- v.El-17, №5.-p.386-391.6. leda H.// IEEE Trans. Elec. Insulat.- 1980,- v.El-15, №3.- p.382-388.

6. Kolesov S.N.// IEEE Trans. Elec. Insulat.- 1980,- v.El-15, №5.- p.206-208.

7. Wagner H.// Electrotechn.Z.- 1973.- Bd.A-94, №13.- s.436-437.

8. Электрические свойства полимеров. Под ред. Сажина Б.И.- JI.: Химия, 19771. С.108.

9. Ушаков В.Я. Электрическое старение и ресурс монолитной полимерной изоляции. М.: Энергоатомиздат, 1983.

10. Щербак П.Н., Лобанов A.M. и др. К влиянию ориентации на электрическую прочность полимерных пленок.// Высокомол. соед.- Сер.Б.- 1970 т. 12, №1-с.27-31.

11. Колесов С.Р. Влияние надмолекулярных структур на электрическую прочность кристаллических полимеров.// Высокомол. соед- Сер.Б.- 1968, №5-С.582.

12. Дмитриевский B.C., Сотников В.Г., Сквирская И.И. Влияние технологических параметров на число импульсов до пробоя полиэтиленовых образцов. // Материалы Всесоюзной конференции «Физика диэлектриков и перспективы ее развития».- Ленинград, 1979.- с.251.

13. Сквирская И.И. Влияние технологических параметров на срок службы полиэтиленовой изоляции. Дис. канд. техн. наук Томск, 1975.29.