Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Влияние структуры полиэтилена в крупногабаритных изделиях на свойства и их стабильность в процессе эксплуатации

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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… Читать ещё >

Влияние структуры полиэтилена в крупногабаритных изделиях на свойства и их стабильность в процессе эксплуатации (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 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 °C, 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.

Введение

м 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 °C — 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°Спри 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, 1996 г.), Международной научно-практической конференции по физике твердых диэлектриков «Диэлектрики-97», (С.-Петербург, 1997 г.), the Second Russian-Korean International Symposium on Science and Technology KORUS'98, (Томск, 1998 г.), 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 °C связан с изменениями величины степени кристалличности для обеих партий, имеющих различную НМС.

3. При температуре 180 °C, 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 связиС-Св карбоцепных полимерах (энергия активации Еа=305 кДж/моль) [82]. При изучении реакции деструкции 3-х образцов ПЭ с молекулярным весом 23 000, 16 000 и 11 000 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 структурированияСН-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 15 803−020 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 изделияхследовательно, 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 °C — 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°Спри 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 10 803−020.

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%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. B.C., Торбин Н. М. Расчет и конструирование электрической изоляции. -Томск, изд-во Томского университета, 1964- 392 с.
  2. 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, 19 771. С. 108.
  9. В.Я. Электрическое старение и ресурс монолитной полимерной изоляции. М.: Энергоатомиздат, 1983.
  10. 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. С.Р. Влияние надмолекулярных структур на электрическую прочность кристаллических полимеров.// Высокомол. соед- Сер.Б.- 1968, № 5-С.582.
  12. 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. И.И. Влияние технологических параметров на срок службы полиэтиленовой изоляции. Дис. канд. техн. наук Томск, 1975.29.
Заполнить форму текущей работой