Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf

Характеристиками, а также значительными техническими

трудностями при их переработке в изоляцию на больших строительных длинах.

Нефте-газовая промышленность выдвигает требования о миниатюризации кабелей, но последняя сопряжена с ухуд­ шением некоторых их электрических и механических харак­ теристик, в связи с чем обычно приходилось избирать аль­ тернативные решения.

Применение полимеризационных пластмасс в ряде слу­ чаев позволяет получить малогабаритные кабели с оптималь­ ными электромеханическими свойствами.

Полимеры, в том числе карбоцепные, отличаются от низкомолекулярных соединений тем, что их свойства оп­ ределяются не только химическим составом, но и молеку­ лярным весом, типом связей между молекулами, формой молекул, надмолекулярной структурой, степенью кристал­ личности, плотностью и т. д. Между перечисленными фак­ торами существует определенная взаимозависимость. Регу­ лируя их, можно изменять свойства полимеров в заданном направлении. Так, увеличение среднечислового молекуляр­ ного веса повышает до определенного уровня твердость, механическую и электрическую прочность, удельное объем­ ное сопротивление, теплостойкость.

На теплофизические, диэлектрические свойства полиме­ ров, их стойкость к действию активных химических веществ

элементарными звеньями макромолекул. Так, благодаря вы­ сокой прочности связи С—С карбоцепные полимеры более устойчивы к действию кислот и щелочей, чем гетероцепные (полиамиды и др.). Степень разветвленности макромолекул полимера влияет на его вязкость, растворимость, прочность; степень кристалличности—на теплостойкость, механические, электрические и химические свойства. Тип и размеры над­ молекулярных структурных образований влияют на элек­ трическую прочность полимера.

Большинство высокополимерных диэлектриков представ­ ляют собой гомеополярные соединения, в которых отсутст­ вуют ионные связи, поэтому в них должна отсутствовать и •собственная ионная электропроводность |71]. Эти диэлект­ рики могут быть либо аморфными (полистирол), либо крис­ таллическими с той или иной степенью кристалличности (фторлоны, полиэтилены). В последнем случае ориентиро­ ванные участки (кристаллические домены) разделены меж­ ду собою аморфными областями, вследствие чего у высокополимеров должна отсутствовать электронная проводи­ мость. Это обусловлено тем, что в аморфной модификации

на несколько порядков [259]. Можно ожидать, что с повы­ шением напряженности вклад инжектируемых электронов в проводимость увеличивается и при предпробивных напря­ женностях может стать доминирующим. Для кристаллов зависимость электронной электропроводности о от напряжен­

где зо — удельная проводимость в области независи­

мости о от Е;

ß—постоянная, характеризующая диэлектрик.

Вряде зарубежных и отечественных работ, рассмотрен­ ных в [162], показано, что зависимость электропроводности

полимеров (полиэтилен, полипропилен и др.) от напряжен­ ности поля удовлетворительно описывается формулами для ионной электропроводности.

Несмотря на наличие экспериментальных и теоретичес­ ких подтверждений инжекционного характера носителей тока, противоречия между данными различных авторов сви­ детельствуют о том, что механизм ТОГО (токов, ограничен­ ных пространственным зарядом) нельзя считать единствен­ ным механизмом электропроводности полимеров [162].

В работе [182] показано, что потери в кристаллизующем­ ся полимере полиэтилентерефталате (ПЭТФ), обязанные его электропроводности, значительно уменьшаются при наложе­ нии внешнего давления. Предположено, что это обусловле­ но уменьшением подвижности ионов в условиях высокого давления и может быть свидетельством ионного механизма электропроводности ПЭТФ.

Ионная проводимость твердых диэлектриков в общем случае может быть обусловлена как диссоциацией собст­ венных ионогенных молекул, так и молекул примесей. У диэлектриков ионной структуры при невысоких темпера­ турах она обусловлена в основном ионами примесей. С ростом температуры возрастает вклад собственных ионов в проводимость, так как нагревание способствует диссоциации ионогенных молекул. У высокомолекулярных полимеров при невысоких напряженностях проводимость обусловлена в

131

основном количеством й Свойствами примесей (воДа, остат­ ки катализаторов и мономеров, различные наполнители, кра­ сители и т. и.), но зависит и от полярности макромолекул, например, обусловленной технологическими причинами (окис­ ление при переработке, радиационное окисление при сшива­ нии и т. и.). В последнем случае макромолекулы, содер­ жащие легко диссоциирующие полярные группы (карбоксиль­ ные, гидроксильные, карбонильные и др.), могут диссоции­ ровать, вследствие чего общая электропроводность возрастает. Особенно резкое возрастание электропроводности окислен­ ных полимеров наблюдается в присутствии воды (при ат­ мосферном или небольшом избыточном давлениях) вслед­ ствие их повышенной гидрофильное™.

В случае, если полимер не окислен или окисление очень незначительно, основную роль в его электропроводности иг­ рают примеси: введение их даже в ничтожных количествах может увеличить ее на несколько порядков. Очистка ПЭВД от низкомолекулярных примесей снижает его электропро­ водность до 3-х порядков [255]. Низкомолекулярные при­ меси, уменьшая взаимодействие между молекулами, способ­ ствуют увеличению подвижности их и низкомолекулярных ионов [162]. Следовательно, низкомолекулярные примеси приводят к увеличению не только концентрации г0, но и

подвижности ионов-носителей, т. е. к резкому увеличению ионной электропроводности о:

существенному возрастанию о [29, 75, 85, 161, 230]. Строе­ ние полимера также определенным образом влияет на его электропроводность. Степень диссоциации молекул примеси

Поэтому у полярных полимеров при прочих равных усло­ виях электропроводность и скорость увеличения ее с рос­ том температуры больше, чем у неполярных [106].

Различия в электропроводности полярных и неполярных полимеров резко возрастают с увеличением е. Так, увели­ чение е с 2,5 у полистирола до 5 у поливинилхлорида по-

13?