CC BY
92
УДК 678.4:542.9
Ф. М. Палютин, Г. А. Михайлова, В. А. Бабурина,
В. Я. Калмыкова
ТРЕКИНГОЭРОЗИОННОСТОЙКАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ
Исследовано влияние различных ингредиентов на сопротивление образованию токопроводящих мостиков и эрозии в жестких условиях окружающей среды. Разработана рецептура трекинггоэрозионностойкой силоксановой резиновой смеси.
Электрические изоляторы предназначены для изоляции проводов и элементов конструкций, находящихся под напряжением, от заземленных частей электроустановок. Долгое время в качестве изолирующего элемента использовали стеклянные или фарфоровые изоляторы. Но хрупкость этих материалов, сложность изготовления, транспортировки и монтажа изоляторов привели к необходимости замены их на полимерные изоляторы. В последние годы производство и применение полимерных изоляторов в электроустановках высокого напряжения во многих странах неуклонно расширяется. Из полимерных материалов наиболее надежными и перспективными оказались силиконовые эластомеры, изделия из которых обладают низким удельным весом, превосходной электроизоляцией, высокой гид-рофобностью, стойкостью к климатическим воздействиям и воздушным загрязнениям.
На нашем предприятии специальные резины, полностью удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к материалам для изготовления защитной оболочки изолятора, не выпускаются. В связи с этим были начаты работы по разработке новой трекингоэрозионностойкой резиновой смеси.
В данной работе исследовалось влияние различных наполнителей на повышение стойкости силоксановых резин к треку и эрозии. При этом добавки должны быть доступными по цене, обладать достаточной сырьевой базой, хорошей степенью чистоты, совмещаться с силоксановыми каучуками и обеспечивать удовлетворительный уровень физикомеханических и технологических показателей. Исходя из вышеизложенного, были апробированы различные виды кварца молотого, порошкообразного стекла, слюды различной степени помола, порошка гидроксида алюминия. Слюда и стекло обладают превосходными диэлектрическими показателями, водостойкостью и стойкостью к атмосферным воздействиям, но при использовании их как наполнителей силоксанового каучука резко снижаются физико-механические показатели резин из-за недостаточной диспергируемости этих наполнителей в каучуке.
Кроме того, производителям молотого стекла так и не удалось достичь требуемой степени чистоты: 20^40% крупных частиц и посторонних примесей оставалось на сите при просеве, что приводит к увеличению трудозатрат и стоимости продукта. Использование слюды в качестве наполнителя силоксановых резиновых смесей обеспечивает материалам класс трекингоэрозионной стойкости 1А3,5 при 20%-ном наполнении, молотого стекла -класс 1А4,5 при 30% наполнении. При этом резиновая смесь обладает низкими физикомеханическими показателями (прочность при разрыве не более 2,1 МПа, относительное удлинение не более 70%).
Хорошими показателями по стойкости к образованию токопроводящих мостиков в экстремальных условиях окружающей среды обладают силиконовые резины, в которых в качестве наполнителя используется порошкообразная гидроокись алюминия. Однако при
наполнении выше 20% по массе заметно снижаются физико-механические показатели, а класс трекингоэрозионной стойкости 1А4,5 обеспечивается лишь при 50% наполнении (т.е. на 100 масс.ч. силоксанового каучука необходимо добавлять не менее 150 масс.ч. А1(ОН)з).
Тем не менее, порошкообразная гидроокись алюминия широко используется для изготовления трекингоэрозионностойких материалов, как в России, так и за рубежом.
Положительных результатов удалось достичь при использовании в качестве наполнителя кварца молотого. В ходе исследований были апробированы различные образцы отечественного и импортного производства (кварциты, кварцевая мука, 81сгоп, КиЬЬега1, шш-и-бП, маршалит, шПНбП).
Недостатком кварца молотого отечественного производства является сильная загрязненность продукта, что делает неприемлемым его использование в силоксановых резиновых смесях. Кроме того, при использовании кварца молотого импортного относительное удлинение вулканизатов в два раза выше, чем при использовании отечественного сырья. Промежуток времени, через который начинается процесс образования токоведущих мостиков и эрозии, тоже больше. Образцы вулканизатов резиновой смеси с максимально возможным наполнением слюдой выдерживали до начала процесса разрушения 4 ч, стеклом - до 19 ч, различными видами кварцита 168 ч, Бюгоп’ом - до 550 ч и более.
Испытания на трекингоэрозионную стойкость проводились в ИЦ ГУП ВЭИ (г. Москва) в соответствии с ГОСТ 27474087 «Методы испытания на сопротивление образованию токопроводящих мостиков и эрозии в жестких условиях окружающей среды» (критерий А). В качестве загрязняющего раствора использовали 0,1±0,002% по массе хлористого аммония химически чистого и 0,02±0,002 % по массе изо-октилфеноксиполиэтоксиэтанола (неионогенный смачивающий агент) в дистиллированной воде.
Таким образом, исходя из уровня физико-механических и диэлектрических показателей, трекингоэрозионной стойкости, доступности и приемлемой стоимости сырья в качестве наполнителя для новой резиновой смеси для изготовления защитной оболочки высоковольтных изоляторов был выбран кварц молотый Бюгоп 4000. В ходе исследования было выявлено, что степень наполнения каучука 81сгоп’ом не оказывает влияния на диэлектрические показатели, а стойкость к треку и эрозии повышается с увеличением количества Бь сгопа в резиновой смеси. Прочностные показатели при этом снижаются, а твердость возрастает. Было найдено оптимальное количество содержания Б1сгопа в резиновой смеси при сохранении удовлетворительных физико-механических показателей и класса трекингоэрозионной стойкости 1 А4,5-43% по массе.
Резиновая смесь КТ-80 выпускается на ОАО «КЗСК» и имеет следующие характеристики:
- прочность при разрыве, МПа 4^5,5;
- относительное удлинение при разрыве, % 300^380
- твердость по Шору А, усл.ед. 58^68;
- электрическая прочность при частоте 50 Гц, кВ/мм 21^23;
- удельное объемное электрическое сопротивление, Ом-см 5-1014;
- тангенс угла диэлектрических потерь 0,03;
- диэлектрическая проницаемость 4,2^4,5;
- класс трекингоэррозионной стойкости 1А4,5.
Экспериментальная часть
Резиновая смесь готовилась в лабораторном смесителе на основе полидиметилвинилметил-силоксанового каучука и метилвинилсилоксанового олигомера. В качестве усиливающих агентов использовались аэросилы различной полидисперсности, в качестве антиструктурирующей добавки - полидиметилсилоксандиол НД-8. В качестве дополнительных наполнителей были апробированы различные типы и модификации кварца молотого: кварциты, маршалит, Бюгоп, шПНбП, шт-и бй, ЯиЬЬегеП, кварцевая мука и другие, количество которых варьировалось от 10 до 55% по массе. Вулканагент (перекись бензоила, 2,4- дихлорбензоила, пероксимон Б-40, дикумил) вводился на вальцах.
Вулканизация резиновых смесей проводилась в прессе при соответствующих определенному виду перекиси условиях.
Для определения физико-механических показателей образцы готовились и испытывались согласно ГОСТ 270 и 263, диэлектрических показателей по ГОСТ 6433.2-6434.4.
Для определения класса трекингоэрозионной стойкости готовились плоские образцы размером не менее 50^120 мм и толщиной 6 мм по ГОСТ 27474-87.
Литература
1. Д.М. Казарновский, Б.М. Тареев. Испытания электроизоляционных материалов. Л. :«Энергия», 1969.
2. О.В. Бобылев, И.Г. Дроздов и др. Технология производства электроизоляционных материалов и конструкций. Л.: «Энергия», 1964.
3. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие/ Под ред. П.Г. Бабаевского. М.: «Химия», 1981.
4. В.В. Богданов, В.П. Бритов и др.//Каучук и резина. 2000. № 1. С. 32-35.
© Ф. М. Палютин - канд. хим. наук, ген. дир. ОАО «КЗСК»; Г. А. Михайлова - зав. лаб. ЦЗЛ ОАО «КЗСК»; В. А. Бабурина - канд. хим. наук, ст. науч. сотр, зав. лаб. ЦЗЛ ОАО «КЗСК»; В. Я. Калмыкова - зам. гл. инж. по производству ОАО «КЗСК».
