Файл: Дмитревский, В. С. Высоковольтные гибкие кабели.pdf

Основные свойства каучуков и других компонентов резиновой смеси

Изоляционная резина представляет собой сложную мно­ гокомпонентную систему, в состав которой, помимо кау­ чука, входит до 10—15, а иногда и более разнообраз­ ных веществ (ингредиентов). Каждый компонент оказы­ вает то или иное влияние на свойства резины. Ниже при­ водится краткая характеристика каучуков и основных ингредиентов, применяющихся в изоляционных резинах для высоковольтных кабелей.

Н а т у р а л ь н ы й к а у ч у к (НК) по химическому со­ ставу представляет собой цис-1,4-полимер изопрена.

Являясь неполярным диэлектриком, НК обладает хо­ рошими диэлектрическими и технологическими свойст­ вами. Он легко пластицируется, каландруется, шприцу­ ется, совмещается с синтетическими каучуками и имеет высокую клейкость.

Наличие в молекуле НК двойных связей объясняет повышенную его активность к воздействию ряда хими­ ческих веществ: кислорода, озона и др., поэтому изоля­ ционные резины на основе НК обладают существенными недостатками: значительно более низкой по сравнению с бутиловыми и этиленпропиленовыми резинами нагре­ востойкостью и быстро разрушаются под действием

(щелочно-металлических) и комплексных катализато­ ров.

В последние годы с помощью комплексных катализа­ торов (алюминий алкилов с четыреххлористым титаном и др.) удалось получить изопреновый каучук, содержа­ щий до 98—99% цис-1,4-полимера изопрена.

Такой каучук по структуре, эластичности и физико­ механическим свойствам приближается к натуральному каучуку. Технология изготовления резиновых смесей и получения вулканизатов на его основе идентична техно­ логии производства резиновой изоляции на основе нату­ рального каучука.

В изоляционных резинах применяются диэлектриче­ ский изопреновый каучук СКИ-ЗД, который по электро­ изоляционным свойствам не уступает НК, а по осталь­ ным характеристикам находится на уровне изопренового каучука общего назначения (СКИ-3).

39

С т е р е о р е г у л я р н ы й б у т а д и е н о в ы й к а у ­ чук (СКД) получается при полимеризации бутадиена в растворе в присутствии комплексных катализаторов и содержит 92—96% звеньев 1,4, в том числе 80—95% цис 1,4 и 1—12% транс 1,4; содержание звеньев 1, 2 не пре­ вышает 4—8%.

За границей стереорегулярный бутадиеновый каучук известен как эуропрен цис 4 (Италия), диен америпол

старению и износостойкости вулканпзаты на основе СКД значительно превосходят вулканпзаты на основе НК.

Электроизоляционные свойства резин на основе СКД зависят от чистоты полимера. Каучук, не содержащий водорастворимых солей н механических примесей, по­ зволяет получить резину, которая по электроизоляцион­ ным свойствам находится на уровне резин на основе ди­ электрических каучуков, например СКБ-рД.

По прочности и температуростойкости резины на ос­ нове СКД уступают резинам из НК. Кроме того, рези­ новые смеси, содержащие 100% СКД, обладают плохи­ ми технологическими свойствами.

Каучук СКД в комбинации с НК и СКИ использует­ ся в изоляционных резинах повышенной морозостойко­

СКМС) является продуктом совместной полимеризации бутадиена со стиролом или метилстиролом.

Бутадиен-стирольпый каучук является наиболее де­ шевым каучуком и, кроме того, характеризуется мень­ шей склонностью к скорчингу (подвулканизации) и перевулканизации и повышенным сопротивлением тепло­ вому старению по сравнению с НК.

Для кабельной промышленности изготавливаются специальные диэлектрические бутадиен-стирольные кау­ чуки, например СКС-ЗОАРПД (СССР), эуропрен 1503 (Италия) GRS-1503, 1004 (США).

Каучук СКС-ЗОАРПД позволяет получить резину, которая по электроизоляционным свойствам не уступает резине на основе НК. Из синтетических каучуков бута- диен-стирольный каучук получил наибольшее распрост­ ранение во всем мире.

40

Недостатком изоляционных резин иа основе бутади- ен-стирольных каучуков является низкая механическая прочность, поэтому в нашей практике в изоляционных резинах, как правило, применяется композиция этого каучука с НК или СКИ.

Б у т и л к а у ч у к представляет собой сополимер изо­ бутилена с изопреном. По сравнению с натуральным

каучуком бутилкаучук менее неопределен, поэтому он более устойчив к действию озона.

Благодаря малой непредельности бутилкаучука ре­ зины на его основе обладают высоким сопротивлением тепловому старению [Л. 10] и в этом отношении имеют явные преимущества перед резинами из НК, СКИ, СКС, СКБ, с к д .

Высокая нагревостойкость резин на основе бутилкау­ чука позволяет эксплуатировать их при рабочей темпе­ ратуре 85 °С [Л. 11], в то время как для изоляции из бутадиен-стиролы-юго каучука допускается рабочая температура 75 °С за рубежом и 65 °С в нашей стране.

Бутилкаучук и резины на его основе характеризуют­ ся высокими диэлектрическими свойствами, сохраняю­ щимися при длительном увлажнении. По влагостойкости бутилкаучук превосходит все известные промышленные каучуки (Л. 10].

Недостатками резин на основе бутилкаучука являют­ ся плохая технологичность и, как и в случае других кри­ ст аллизующихся каучуков, значительное снижение фи­ зико-механических показателей резины при повышении температуры окружающей среды, повышенная остаточ­ ная деформация.

Стойкость к нагреву и влаге, высокие диэлектриче­ ские свойства и устойчивость против коронного разряда, во много раз превосходящие свойства вышеописанных полимеров, обеспечили применение за рубежом бутил­ каучука для изоляции токопроводящих жил кабелей на напряжение до 30 кв [Л. 11, 12].

Американская фирма «Хазард», выпускающая, в ча­ стности, высоковольтные экскаваторные кабели, широ­ ко применяет для изоляции резину на основе бутилкау­ чука и в проспектах особенно подчеркивает озоностой­ кость и теплостойкость такой изоляции. По данным этой фирмы применение бутиловой изоляции в комплексе с внутренним полупроводящим экраном исключилЬ слу­

41

чай пробоя кабеля вследствие озонного разрушения ре­ зины. Это, по-впднмому, объясняется не столько озоно­ стойкостью резин, сколько отсутствием озона при нали­ чии внутреннего полупроводящего экрана.

Исследования, выполненные в НИКИ г. Томска в по­ следнее время, показали, что стойкость бутиловых резин к воздействию озона при температурах 50°С и выше резко снижается.

В нашей стране высоковольтные кабели с бутиловой изоляцией серийно не выпускаются.

Э т и л е н п р о п и л е н о в ы й к а у ч у к (С К Э П) яв­ ляется продуктом совместной полимеризации этилена с пропиленом и не содержит двойных связей.

Обладая в силу отсутствия двойных связей в молеку­ ле каучука очень высокой стойкостью к действию озона и тепловому старению, этиленпропиленовая резина отли­ чается от резины на основе бутилкаучука еще более высокой нагревостойкостью, большим удельным элек­ трическим сопротивлением при повышенных температу­ рах и во влажной среде и меньшими диэлектрическими потерями [Л. 10, 13, 14].

Короностойкость этпленпропиленовой резины выше, чем хлорсульфополпэтилена, поливинилхлорида, бутило­ вой резины, обычного и сшитого полиэтилена (Л. 13].

Этиленпропиленовые резины имеют температуру хрупкости —50н— 70°С и эластические свойства на уровне резины из натурального каучука, однако уступа­ ют последней по механической прочности.

По условиям теплового старения допустимая темпе­ ратура нагрева жил кабелей с этпленпропиленовой изо­ ляцией может быть принята равной 90°С для 30-летнего

соковольтные кабели с изоляцией из этиленпропилено­ вой резины, принимает рабочую температуру на жилах 90 °С, но экскаваторные кабели на 35 кв с целью обес­ печения большого запаса надежности рассчитываются

исходя из температуры 80°С.

В табл. 2-12 приведены некоторые характеристики изоляционной резины на основе отечественного этиленпропиленового каучука (СКЭП) (по данным ВНИИКП). Недостатком этиленпропиленовой резины являются

42

неудовлетворительные технологические свойства и низ­ кая скорость вулканизации.

С целью повышения скорости вулканизации получе­ ны тройные сополимеры, состоящие из этилена, пропи­ лена и небольшого количества дивинила или другого углеводорода, содержащего двойные связи. В СССР

тройные сополимеры носят название СКЭПТ. Сополи­ меры СКЭПТ можно вулканизовать обычными приема­ ми — серой с ускорителями. Очень эффективна в каче­ стве ускорителя комбинация тиурама с каптаксом.

Сополимеры СКЭПТ легко обрабатываются на валь­ цах, каландруются, шприцуются и смешиваются с боль­ шим количеством наполнителей и масел и в этом отно­ шении выгодно отличаются от СКЭП аналогичной жест­ кости.

Физические свойства СКЭПТ близки к физическим свойствам СКЭП, а вулканизаты СКЭПТ по основным

43