CC BY
45
УДК 678.742.2:621.315.616
Муляшов Н.Д., Лямкин Д.И., Жемерикин А.Н., Рудаков Г.Ф., Глушкин С.В., Бузлаев А.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СШИТЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ КАБЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Муляшов Нил Дмитриевич, студент 5 курса инженерного химико-технологического факультета; Лямкин Дмитрий Иванович, к.т.н., доцент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений инженерного химико-технологического факультета; e-mail: nat.liamkina@yandex.ru; Рудаков Геннадий Фёдорович, старший преподаватель кафедры химической технологии органических соединений азота;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Глушкин Сергей Владимирович, магистр физики, начальник отдела по новой технике и материалам, заведующий лабораторией-ТК;
Бузлаев Анатолий Васильевич, генеральный директор; АО «Лидер-Компаунд», Саранск, Россия Жемерикин Александр Николаевич, к.т.н., директор ООО «Полимер Формация», Москва, Россия
Исследование влияния содержания перекиси дикумила на плотность сетки обычного полиэтилена низкой плотности и линейного полиэтилена низкой плотности. Показано, что для достижения оптимальных значений плотности сетки в линейном полиэтилене низкой плотности содержание перекиси дикумила может быть уменьшено в 4-5 раз по сравнению с полиэтиленом низкой плотности.
Ключевые слова: сшитый полиэтилен, линейный полиэтилен, содержание отвердителя, механические свойства
STUDY POSSIBILITY OF USING LINEAR POLYETHYLENE OF LOW DENSITY FOR THE MANUFACTURE OF CROSSLINKED COMPOSOTIONS FOR CABLE TECHNIQUE
Mulyashov N.D., Lyamkin D.I., Zhemerikin A.N., Rudakov G.F.*, Buzlaev A.V.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*Joint-Stock Company «Leader-Compound», Saransk, Russia
Study of the effect of dicumyl peroxide content on the net density of ordinary low density polyethylene and linear low density polyethylene. It is shown that the dicumyl peroxide content can be reduced by 4-5 times in comparison with low density polyethylene to achieve optimal net density values in linear low density polyethylene.
Keywords: cross-linked polyethylene, linear polyethylene, hardener content, mechanical properties
В последние 20 лет появился линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), являющийся одним из самых динамично развивающихся полимеров и составляющим конкуренцию основным маркам ПЭНП [1].
ЛПЭНП - сополимеры этилена с 1-бутеном 1-гексеном, 1-октеном в боковом положении [1]. ЛПЭНП характеризуется лучшими механическими характеристиками, перерабатываемостью, и используется для изготовления пленочных материалов.
В задачу настоящей работы входило исследование возможности замены обычного полиэтилена (ПЭ-108, ПЭ-158) на ЛПЭНП в составе сшитой полиэтиленовой изоляции. Использование кабельной изоляции из сшитого полиэтилена расширяет температурный диапазон эксплуатации до 90-120°С (кратковременно до 250°С), повышает химическую стойкость и стойкость к растрескиванию в агрессивных средах, улучшает механические свойства и увеличивает время надежной работоспособности кабельных изделий до 15-20 лет [2].
Объектами исследования служили:
В качестве инициатора сшивания использовали дикумилпероксид (ПДК) в количестве 0,5-3% масс. Смешение композиций проводили на лопастном смесителе СЛ-4 при 150°С в течение 30 минут. За 10 минут до окончания смешения температуру в смесителе понижали до 120°С и вводили ПДК. Сшивание композиции проводили при 160°С в течение 80 мин.
Для экспресс-контроля степени сшивания ПЭ на базе термомеханического метода исследования использована методика оценки плотности пространственной сетки пс [3,4]. На основании термомеханических исследований (рис.1) и данных ДСК (рис.2) установлено, что при температуре более 120°С сшитый полиэтилен находится в равновесном высокоэластическом состоянии, в котором кристаллическая структура ПЭ практически разрушена и деформированию образца препятствуют только химические связи сетки.
60
50
к 40
J
Ш
£ 30
а
0
■й-
ш 20
d
10
0
wyCK><
О-OtxCW* ^oc
-ПЭ-158 -LLDPE
Т, C
Рис.1. Термомеханические кривые ПЭ-108 и ЛПЭНП сшитых 2% ПДК (0,2 МПа)
"^ЩЩИ
I ntEgrsi
-1277,92 mJ -106,23 JgM 94,76 °C 106,04 °C 110,76 °C 10,00 °CmirM
Lab: MITTLER
STA ReSW 8.10
Рис.2. Диаграмма ДСК ЛПЭНП Sabic 318Ш, сшитого 2% ПДК.
Величину плотности сетки пс оценивали на приборе СМИП-РХТУ при Т=130°С в режиме ступенчатого увеличения нагрузки по уравнению высокоэластичности [3-6].
Зависимости плотности сетки от содержания ПДК имеют линейный характер (рис.3)._
40
m
<
t-
и JU
J3 2i
n 2(J
£
II) 15
< 10
n
H
u 5
с
у = 12,2* 1,ЬЬЬ/
R' = 0 947 yfc= 11,71V 0,94 .... **
y = R,74* + 0,?9 ir = U,S5BS --4
n7 л ft^^r
у = 1,582 Эх i 0,122!^ Ц.-,-' J t--
__.Jt—
—"Sä--V--
опэ ms
□ ПЭ 15S •Sabtt DJ
к JT lOKT • /ЯШ гскс
Спдк, % масс
Рис.3. Зависимости плотности сетки от содержания ПДК для ПЭНП и ЛПЭНП.
Угол наклона зависимостей, характеризующий эффективность сшивания полиэтиленов с ПДК, значительно, в 5-6 раз, выше, чем для обычных ПЭНП. Это обусловлено, видимо, наличием двойных связей в боковых заместителях. Как было показано ранее [6], оптимальное значение плотности сетки, обеспечивающее работоспособность изделий кабельной изоляции при повышенных температурах, составляет (4,5-5) * 10-5 моль/ см . Для обычных ПЭ такая плотность сетки обеспечивается при 2-3% ПДК. Для ЛПЭНП для достижения этого значения плотности сетки требуется всего 0,3-0,5% ПДК.
Если значения прочности сшитых композиций на основе ПЭНП и ЛПЭНП при 130°С укладываются на единую зависимость от плотности сетки, то разрывная деформация ЛПЭНП при одинаковых значениях плотности сетки в 5-6 раз выше (рис.4 и рис.5).
1.3 1,®
1.4
0,6 - а, л 0,2 о
9 r~
10 15 20
пс 10" 5, моль/смлЗ
О ПЭ-103 • Sahir ш О 7810 реке
О Г1-153 А ЭТ-1ПИТ
ПОЛИНОМИУЛЫ1йН(э< 1окг)
Рис.4. Зависимость прочности от плотности сетки для ПЭНП и ЛПЭНП при 130°С
1800
1600
1400
1200
ж
о 1000
tH SÜD
а.
600
400
?00 '
0
V = /ma> rll»
' \ R* = OS 137
\ \
T \ <
l A\
V
V
- 1241,8я-0-' ▲
R! - 0,01 ?fi "4
5 10 15 20 J
11 с 10л5, моль/смлЗ
0113 10В ППЭ 1Ь8 • SüblC BJ АЭТ юит o/siureuc
Рис.5. Зависимость разрывной деформации от плотности сетки для ПЭНП и ЛПЭНП при 130°С
Видимо, это связано с меньшей деструкцией основной цепи ЛПЭНП под воздействием перекисных радикалов при сшивании ПДК и сшивкой преимущественно боковых заместителей друг с другом. Таким образом, ЛПЭНП сшивается в присутствии ПДК в 5-6 раз интенсивнее, чем ПЭНП., что позволяет уменьшить содержание ПДК с 2-3 до 0,5%. Это свидетельствует о перспективности замены обычных марок ПЭ на ЛПЭНП в составе сшитой высоковольтной кабельной изоляции.
Список литературы
1. Уайт Дж. Л., Чой Д. Д. Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины / пер. с англ. яз. под. ред. Е.С. Цобкалло. — СПб.: Профессия, 2006. — 256 с.
2. Евдокимов Е. И., Кузьмин Ю. Г., Барутенок Р. И. и др. Композиционные материалы на основе сшивающихся полиолефинов. Обзорная информация. М.: НИИТЭХИМ, 1976. 37 с.
3. Лямкин Д. И. Механические свойства полимеров: учебное пособие. М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева,2000,64 с.
4. Боев М. А., Лямкин Д. И., Мисюк К. Г., Скакун Е. В. Термомеханический метод оценки параметров сетки сшитых полимеров. Кабельная техника, 1996, № 10 (248), с. 8-14.
5. Трелоар Л. Физика упругости каучука / пер. с англ. яз. — М.: Издатинлит, 1953. — 240 с.
6. Лямкин Д. И., Скрозников С. В., Жемерикин А. Н., Кобец А. В., Черкашин П. А., Черепенников С. В. Сравнительная оценка возможности использования показателей гель фракция и плотность сетки для характеристики степени сшивания и эксплуатационных свойств радиационно-сшитого полиэтилена для кабельной изоляции // Пластические массы. — 2012. —. №. 3. — С. 14-16.
0
j!&L/LLDPE SaOiC + 2% ПДК/OSC lLLDPE Sabic + 2% ПДК/dsc, 12,0300 mg
wg»-1
Heati rg
