CC BY
205
УДК: 678.742.2: 621.315.616
С.В. Скрозников, Н.С. Зеленцова, Д.И. Лямкин, А.Н. Жемерикин* А.В. Кобец* П.А. Черкашин*, С.В. Черепенников.*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия *000 «Полимерформация», Москва, Россия
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАДИАЦИОННО СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ДЛЯ КАБЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Influence of radiating sew conditions on the sew density and mechanical properties of sew polyethylene at high temperatures was investigated. Optimal values of the generator of an electronic radiator current size and cable moving speed, providing maximum sew density. It was shown that value of gel-fraction cant exactly characterize the degree of sewing and mechanical properties of vulcanized polyethylene.
Исследовано влияние условий радиационного сшивания на плотность сетки и механические свойства сшитого полиэтилена (СПЭ) при высоких температурах. Найдены оптимальные значения величины тока генератора электронного излучателя и скорости протяжки кабеля, обеспечивающие максимальную плотность сетки. Показано, что показатель гель-фракция не в полной мере характеризует степень сшивания и механические свойства сшитого полиэтилена.
Радиационная сшивка полиэтилена широко применяется при производстве пленок, термоусадочных труб и кабельной изоляции [1]. При этом для достижения заданной степени сшивания обеспечивающей работоспособность изделий при повышенной температуре важную роль играет выбор оптимальных условий облучения. В связи с этим в задачу настоящей работы входило изучение влияния условий радиационного облучения на термомеханические свойства сшитого полиэтилена для кабельной изоляции, а также сравнительный анализ показателей для оценки степени сшивания.
Объектами исследования служили опытные образцы изоляции кабеля АИС-50 из сшитого полиэтилена (ПЭ) композиции 178-02К.
Подготовку образцов к испытаниям проводили в соответствии с ГОСТ 25018-81 "Кабели, провода и шнуры. Методы определения механических показателей изоляции и оболочки". Использовали образцы в виде лопаточек. Длина рабочего участка составляла (10+1) или (20+1) мм, ширина-2- 4 мм, толщина не менее 0,8 мм.
Значения плотности химической сетки при 130иС, тепловой и остаточной деформации при 200 С под действием напряжения 0,2 МПа в течение 15 минут в соответствии с требованиями Международной электротехнической комиссии (МЭК 60502 (60540)) оценивали на приборе СМИП-РХТУ [2]. Величину плотности сетки определяли в режиме ступенчатого увеличения нагрузки по уравнению высокоэластичности [2-4]:
пс = о/ RT (А, - 1/А2)
где: пс - число молей отрезков цепи между узлами сетки в единице объема (моль/см3); а - условное напряжение (кгс/см2); X - степень растяжения, в долях; Т - температура (°К); R - универсальная газовая постоянная (84,84 кгс см/моль К).
Содержание сшитой фракции (гель фракции) определяли после кипя-
чения образцов в пара-ксилоле в течение 16 часов.
Радиационное облучение готовых кабельных изделий проводили в условиях ЗАОр «НП «Подольсккабель» на линейном ускорителе типа ИЛУ, в котором электроны ускоряются с помощью электромагнитного поля, создаваемого высокочастотным генератором в резонаторе тороидальной формы [1]. Средняя мощность пучка электронов зависит от силы тока и напряжения подаваемого на генератор.
90 80
3= 70
S 60
а.
lü 50 40 30
l/U, МА мин/м щ мд мин/м
Рис. 1. Зависимости содержании гель фракции (а) и плотности сетки (б) от соотношения 1/U
Облучение образцов проводили при силе тока генератора (I) от 10 до 20 мА. При облучении скорость протяжки кабеля (U) изменяли от 20 до 75 м/мин.
Анализ полученных данных показал, что в производственных условиях при выборе оптимальных условий сшивания поглощенную дозу радиационного воздействия можно представить в виде отношения I/U позволяющего изменять как силу тока генератора, так и скорость протяжки кабеля. С ростом отношения I/U наблюдается закономерное увеличение содержания гель фракции и плотности сетки (рис. 1). Содержание гель фракции наиболее интенсивно возрастает в диапазоне I/U = 0,15-0,35 (от 40 до 75-80)% и при дальнейшем облучении практически не изменяется. Между тем зависимость плотности сетки имеет линейный характер во всем диапазоне изменения показателя I/U. Соответственно зависимость содержания гель фракции от плотности сетки (рис. 2) не линейна и описывается кривой с насыщением. Интересно отметить, что в диапазоне пс до 4 10"5 моль/см3 экспериментальные данные по плотности сетки достаточно хорошо согласуются с теоретическими (кривая 1), рассчитанными на основании содержания гель фракции (g) для ПЭ 178-02К со средним ПТР ~ 1,5 г/10 мин, и среднечисленной молекулярной массой (М„) около 33 103 [5] на основании уравнений [1,6]:
ПС = ур/ М„;
где: у - степень сшивки, т.е. среднее число сшитых звеньев, приходящихся на одну «среднечисленную исходную молекулу»: у=( Б + Б 0-5 )"'; Б-относительное содержание золь фракции: Б = 1- g ; р - плотность ПЭ 17803 (-0,92 г/см3).
100
90
3? 80 вГ ■з
| 70
■в-Л
50 40
0 2 4 6 8 10 12
пс 10л5, моль/смлЗ
Рис. 2. Зависимости содержания гель фракции от плотности сетки: 1- теоретическая кривая, 2- экспериментальные данные
При пс (4 - 10) 10"5 моль/см3 и степени сшивания более одной поперечной связи на одну молекулу, содержание гель фракции становится слабо чувствительным к изменению плотности сетки, причем в этом диапазоне экспериментальные значения g заметно ниже расчетных. Увеличение плотности сетки при слабом изменении g в диапазоне (75-80)% связано, видимо с вовлечением свободных концов цепи в активную часть сетки, прямой характеристикой которой является величина пс. Поэтому для характеристики реальной степени сшивания полиэтиленовой изоляции целесообразно, видимо, наряду с величиной гель фракции оценивать также и плотность активных цепей сетки пс. Подтверждением этому могут служить данные о влиянии g и пс на величину тепловой деформации при 200°С (рис. 3). Для образцов, которые разрушились при испытании за время меньшее 15 минут приведены значения деформации в момент разрыва (точки 1).
Видно, что если значение плотности сетки радиационно сшитого ПЭ пс более 4x10" моль/см образцы выдерживают испытание при 200 С и удовлетворяют требованиям МЭК по уровню тепловой деформации (не более 175%). Что касается содержания гель фракции то, как следует из данных
рис.3 а наблюдается существенный разброс значений тепловой деформации видимо вследствие различного вклада неактивных цепей сетки и даже при g более 75% возможно преждевременное разрушение образцов.
о а
о 1 о о О О • Г)
0 о о • с é> о
• ••• ' 2
35 45 55 65 75 85
Гель фракция, %
Рис. 3. Зависимости тепловой деформации от содержания гель фракции (а) и плотности сетки (б) сшитого ПЭ. 1- образцы разрушились при испытании,
2- образцы не разрушились
В связи с этим использование параметра пс для характеристики степени сшивания и работоспособности сшитого ПЭ представляется более целесообразным.
Библиографические ссылки
1. Иванов B.C. Радиационная химия полимеров/ B.C. Иванов. Л.: Химия, 1988. 320с.
2. Лямкин Д.И. Механические свойства полимеров:Учебное пособие/ Д.И Лямкин/РХТУ; М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000. 64с.
3. Боев М.А. Термомеханический метод оценки параметров сетки сшитых полимеров/ М.А. Боев, Д.И. Лямкин, К.Г. Мисюк, Е.В. Скакун//Кабельная техника, 1996. № 10 (248). С. 8-14.
4. Трелоар Л. Физика упругости каучука/ Трелоар Л. /пер. с англ.; М.: Изд-во иностр. лит., 1953. 240с.
5. Шифрина B.C. Полиэтилен/ B.C. Шифрина, H.H. Самосатский. Л.: Гос-химиздат, 1961. 176с.
6. Чарльсби А. Ядерные излучения и полимеры/ А.Чарльсби /пер. с англ.; М.: Изд. ин. лит., 1962. 552с.
УДК 662.311.1
Д. А. Солодахин, Е Зо Тве, А.П. Денисюк Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ГОРЕНИЕ МОДЕЛЬНОГО БАЛЛИСТИТНОГО ПОРОХА НА ОСНОВЕ НИТРОГЛИКОЛЯ
In this paper temperature distribution in combustion wave of model ballistic propellant based on ethyleneglycol dinitrate, whose boiling temperature is much lower than that of nitroglycerine, is studied. The resulting combustion surface temperature is significantly higher than the boiling temperature of plasticizer in all pressure ranges, which provides the necessary heat effect in condensed reaction zone for propagation of combustion process.
Определены температурные профили модельного баллиститного пороха на основе нитрогликоля, температура кипения которого значительно ниже, чем у нитроглицерина. Полученные значения температуры поверхности горения данного пороха выше температуры кипения основного пластификатора, что обеспечивает необходимое тепловыделение в реакционном слое к-фазы для распространения горения.
Известно, что лимитирующая стадия горения нитроглицериновых баллиститных порохов протекает в узком слое конденсированной фазы (к-фазы) при температуре поверхности (Тп) с энергией активации (Ек) ~ 83 кДж/моль, характерной для реакций окисления органических веществ диоксидом азота. В отношении другого фундаментального параметра в этой модели горения, а именно температуры поверхности, до сих пор нет всесторонне обоснованных представлений и не ясно, какими факторами она определяется.
В [1, 2] показано, что для порохов Н, НБ и нитроцеллюлозы массовая скорость горения (UM) однозначно зависит от Тп: чем больше Тп, тем выше скорость. UM = 1800 ехр(-5000/Тп). Напротив, в [3] установлено, что низкокалорийные пороха имеют более высокие значения Тп, чем порох Н, который горит в 2 раза быстрее (подчеркнем, что значения Ек для них почти оди-
