Файл: Князев, В. К. Облученный полиэтилен в технике.pdf

Результаты испытаний пленки толщиной 150 мкм из полиэтилена низкой плотности на кратковременный про­ бой при переменном токе после облучения до доз 10 и 100 Мрад приведены в работе [138]. В качестве образ­ цов использовали опрессованные в пакеты полиэтилено­ вые мешки с размещенными внутри проволочными элек­ тродами. Между электродами и ртутью, в которую по­ гружали образцы, прикладывали высокое напряжение. Скорость повышения напряжения составляла 0,5 кВ/с, Полученные данные свидетельствуют о расширении ин­ тервала статистического распределения дефектов. С ро­ стом поглощенной дозы наблюдается заметное увеличе­ ние числа дефектов в образцах, для устранения которых рекомендуется послерадиационная термообработка (от­ жиг) облученного полиэтилена.

Исследование [141] показало, что в результате воз­ действия электрических зарядов стойкость облученного полиэтилена к образованию короны значительно выше, чем исходного.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЛУЧЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Влияние излучения на диэлектрические свойства по­ лиэтилена— диэлектрическую проницаемость е и тан­ генс угла диэлектрических потерь tgö — представляет существенный интерес для разработки электро- и радио­ аппаратуры и для многих других областей техники.

В работах [2, 62, 100, 101, 125, 142—151] приведены данные о влиянии уизлучения, нейтронного излучения реактора и других видов радиации на е и tgS полиэти­

53

лена различной плотности в широком диапазоне погло­ щенных доз, температур и частот. Диэлектрическая про­ ницаемость облученного полиэтилена при комнатной температуре при частотах от 50 до 1010 Гц изменяется весьма незначительно [125, 145, 146]. По данным работы [61] значение е полиэтилена низкой плотности в интер­ вале доз от 0 до 64 Мрад и частоте ІО4 Гц возрастает от 2,27 до 2,29. Аналогичные изменения значения е были получены при испытаниях облученного полимера в ди­ апазоне частот от ІО4 до 6 - ІО7 Гц. При облучении поли­

проницаемость полиэтилена плотностью 0,92—0,95 г/см

результате облучения ускоренными электронами с энер­

на основе наполненного сажей полиэтилена низкой плот­ ности на 1,0— 1,8% при частоте 4-106 Гц [146]. Диэлек­ трическая проницаемость при частоте ІО9 Гц для поли­ этиленовой изоляции, облученной на воздухе при 50°С потоком быстрых нейтронов ІО18 нейтрон/см2, изменяется не более чем на 4%. Показано [147], что в результате облучения в реакторе потоком 8 - ІО18 нейтрон/см2 диэлек­ трическая проницаемость полиэтилена низкой плотности

при частотах от 1- 109 до 8 ,6 -ІО9 Гц также существенно не изменяется. При нагревании облученного полиэтилена до 150°С и более сохраняются низкие значения диэлек­

На величину е и ее зависимость от температуры и ча­ стоты условия облучения полиэтилена почти не влияют. Так, облучение полиэтилена до доз от ІО4 до 2- ІО5 рад при мощности дозы от 5 до 20 рад/с, проведенное при температурах —70 °С и 70 °С, а также в условиях высо­ кой (98%-ной) относительной влажности воздуха и по­ вышенной (40 °С) температуры не приводит к сущест­

венному изменению е по сравнению с е, измеренной при нормальных условиях [125].

54

При облучении в атмосфере азота и введении термо­ стабилизатора в состав материала закономерности изме­ нения е от поглощенной дозы сохраняются, однако в ста­ билизированном полиэтилене облучение вызывает не­ сколько меньшее возрастание е, что иллюстрирует эф­ фективность защиты от окисления.

В работах [101, 144] показано необратимое измене­ ние е полиэтилена высокой плотности в процессе воз­ действия излучения.

Данные об изменениях тангенса угла диэлектрических потерь полиэтилена в зависимости от условий облучения приведены в работах [2, 124, 125]. Показано [125], что изменений абсолютных значений tgS, а также меха­ низма потерь и поляризации при дозах до 0,1 Мрад в широком интервале температур от 20 до 100 °С и диапа­ зоне частот от 50 до 1010 Гц не наблюдается. Характер температурно-частотных зависимостей tg б для облучен­ ного полиэтилена соответствует характеру этих зависи­ мостей для исходного полимера.

В работах [101, 106, 107, 142—144] приведены зна­ чения tg б для полиэтилена низкой и высокой плотности, измеренные в широком интервале частот (от 2 0 до 1010 Гц) и температур, после у- и электронного облу­ чения на воздухе и в вакууме до разных поглощенных доз. Варьировались также мощность поглощенной дозы излучения и толщина образцов. Показано, что в приня­ тых условиях испытаний относительное возрастание tg б при данной поглощенной дозе для каждого из трех ха­ рактерных для полиэтилена низкой плотности максиму­ мов (низко-, средне- и высокочастотного или соответст­ венно высоко-, средне- и низкотемпературного) пример­ но одинаково.

Облучение полиэтилена низкой плотности до погло­ щенной дозы 0,1 Мрад при повышенной (98%-ной) от­ носительной влажности приводит к изменению tg б в об­ ласти низких частот. Аналогичная картина наблюдается при облучении полиэтилена при —70 °С. Это, по-видимо­ му, объясняется взаимодействием продуктов радиолиза воды со свободными радикалами — в первом случае и максимальным" проявлением эффекта ионизации вслед-; ствие торможения процесса рекомбинации радикалов при низких температурах — во втором.

55

характере окисления даже поверхностных слоев полиме­ ра, т. е. при этом окисление лимитируется не радиацион­

Облучение термостабилизированного полиэтилена вы­ сокой плотности с показателями текучести расплава

0,25—35,0 г/10 мин и плотностью 0,947—0,953 г/см3 в

атмосфере азота также вызывает изменения tgö, завися­ щие от поглощенной дозы излучения [63]. Максимум возрастания (в 1,5—2,5 раза) tgö для всех исследован­ ных марок соответствует дозе 10 Мрад. Последующее облучение образцов снижает достигнутые при этой дозе значения tgö до минимума, отвечающего дозе 50 Мрад, а затем происходит его вторичное возрастание. Таким образом, оптимальной поглощенной дозой излучения, со­

лиэтилен высокой плотности с указанными показателя­ ми текучести расплава имеет tgö (при частоте 10е Гц) не более 4 -ІО“ 4, а максимальные значения его при дозе

Под влиянием радиационного воздействия при облу­ чении полиэтилена большими дозами существенно из­ меняется зависимость tgö от частоты. Максимум значе­ ний тангенса угла диэлектрических потерь сдвигается к низким частотам; в области ІО7—ІО8 Гц с уменьшением

58

частоты этот показатель возрастает. Данные получены в процессе уоблучения образцов с мощностью погло­ щенной дозы 10 рад/с [148]. Отмечено [100], что при облучении увеличивается время релаксации и расши­ ряется релаксационный спектр дипольных потерь в ди­ электрике.

Температурно-частотные зависимости tgö облученно­ го полиэтилена низкой плотности рассмотрены в работе [150]. При частотах ІО3 и ІО4 Гц наблюдается резкое возрастание tgö для полиэтилена, облученного до дозы 80 Мрад. Введение термостабилизатора в исходный по­ лимер снижает изменение tg б в результате облучения, не меняя характера температурной зависимости, уста­

полиэтилена от окисления при облучении путем введе­ ния в состав рецептуры стабилизирующих добавок.

Характерной особенностью изменений tg б для облу­ ченного полиэтилена, при частотах 103— ІО4 Гц, является возникновение широкой области максимальных значений при потерях средне- и низкочастотной релаксации (в ин­ тервале температур от —50 до 80 °С), занимающей про­ межуточное положение между максимумами tg б, отме­ ченными до облучения. Обнаружено также, что для нестабилизированного облученного полиэтилена низкой плотности в области потерь высокочастотной релаксации (от —150 до —50 °С), значение tgö возрастает. Стаби­ лизация полиэтилена исключает изменения tgö при об­ лучении в рассматриваемом интервале температур. Та­ ким образом, после облучения значения тангенса угла диэлектрических потерь полиэтилена низкой плотности в области низких температур увеличиваются в меньшей степени, чем при высоких. При этом критерием стабиль­ ности tgö полиэтилена при облучении являются измене­ ния показателя при 20—30 °С.

Измерения tgö полиэтилена низкой плотности, об­ лученного дозами 40 и 80 Мрад, при частоте 3- ІО5 Гц показывают, что в интервале температур от 25 до 125 °С сохраняются закономерности температурных изменений,

59