Сравнение стабильности и плотности химической сетки СПЭ под влиянием термомеханических факторов

СПЭ — изоляция из сшитого полиэтилена — является важным элементом для кабельного изделия. Благодаря использованию этого вида изоляции удалось существенно расширить температурный диапазон эксплуатации: в норме кабель со СПЭ выдерживает температуру в диапазоне от +90 до +120 °C, а кратковременно способен выносить до +250 °C. Кроме этого, изоляция из сшитого полиэтилена увеличивает химическую стойкость изделия, повышает его устойчивость к растрескиванию в агрессивной среде, увеличивает срок эксплуатации кабеля до тридцати лет.

Для формирования свойств изоляции при высоких температурах главную роль играет плотность химической пространственной сетки. При этом важна не просто степень сшивания сетки, но и ее работоспособность, а также стабильность при термическом и механическом воздействии. В связи с эти требование МЭК60502(60540) устанавливает, что качество сшивания оценивается именно по величине сетки относительно удлинения под напряжением (оно не должно превышать более 175% при воздействии температуры +200 °C и напряжения 0,2 МПа на протяжении 15 мин.).

«СМИП-РХТУ» (рис. 1)

Было проведено исследование, в ходе которого выявлено, как плотность сетки влияет на ее стабильность при одновременном воздействии напряжения и температуры. В качестве объекта выбраны промышленные образцы кабельной изоляции СПЭ, изготовленные на ведущих российских заводах по технологии силанольной, пероксидной и радиационной сшивки. 

На аппарате «СМИП-РХТУ» были проведены эксперименты, выявляющие поведение объекта при различных температурных показателях. Образцы для испытаний были подготовлены в соответствии с ГОСТ25018-81. Были выбраны изделия в форме лопаточек с шириной рабочего участка 2–4 мм, длиной 20±1 мм или 10±1 мм и толщиной до 0,8 мм.

Путем проведения термомеханического исследования было выявлено, что при показателях температуры +120 °C кристаллическая структура ПЭ почти полностью разрушена. Единственным фактором, препятствующим деформации, являются химические связи объекта.

Была проведена оценка тепловой деформации в режиме ползучести (15 мин., 0,2 МПа) при Т=200 °C.

В ходе исследования выявлено, что изделия, изготовленные на различных заводах, различаются по плотности сетки и значению тепловой деформации, даже если в производстве использовался один и тот же способ сшивания. Наиболее сильный разброс значений наблюдается для силанольного способа.

Выявлена закономерность между плотностью сетки и тепловой деформацией: так, объекты с показателем 4 10–5 моль/см3 не отвечают требованиям МЭК.

Была исследована плотность сетки при величине тепловой деформации +200 °C и ступенчатой нагрузке при 130 °C. Оказалось, что в этих условиях в диапазоне изменения плотности (7–11) 10–5 моль/см3 значения плотности почти идентичны. Уменьшение плотности при иных значениях связано, очевидно, с происходящими в ПЭ процессами разрушения. Таким образом, наибольшая стабильность структуры СПЭ обеспечивается в диапазоне плотности (7–11) 10–5 моль/см3, независимо от метода сшивания.

ак как сшивание каждым из методов производится при различных температурах, важно было выяснить, отличаются ли показатели работоспособности и сама структура сетки при этих способах. Установлено, что при пероксидном способе плотность сетки выше, так как в данном случае температура сшивания превышает температуру плавления.

Итак, исследование на базе «СМИП-РХТУ» дает возможность оценить степень сшивания сетки, уровень ее работоспособности, а также предоставляет информацию о качестве СПЭ.

Технические характеристики прибора СМИП-РХТУТ
24.04.2019

Возврат к списку