По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 537: 621.21

Воздействие электрических разрядов и деформации на электрофизические и механические свойства полиэтилена высокого давления

Губанов О. М. канд. техн. наук, доцент, руководитель проектов по разработке новых видов продукции, Группа компаний НЛМК, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат», Липецк
Алымов Д. С. аспирант, Юго-Западный государственный университет, Курск
Гадалов В. Н. д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, Курск

Представлены исследования механических электрофизических свойств полимеров и их модификаций при одновременном воздействии электрических разрядов и механического усилия. Показано, что уменьшение электрофизических характеристик изученных полимерных материалов при наличии растягивающего механического усилия приводит к накоплению в них объемных зарядов и образованию субмикротрещин. На это указывает установленная взаимосвязь процессов образования и развития субмикротрещин с накоплением объемного заряда в полимерах. Эти процессы по своей физической сущности являются элементарными актами разрушения полимерных диэлектриков, развитие которых определяется по условиям эксперимента. В работе установлено, что при введении метилфенилтолиламина в состав полиэтилен высокого давления структура полученных полимерных модификаций заметно изменяется. Поэтому следует ожидать изменение их диэлектрических потерь и удельного объемного электрического сопротивления. Действительно, как следует из экспериментальных данных, введение в полиэтилен высокого давления предложенной добавки в оптимальном количестве способствует увеличению их удельно-объемного сопротивления на порядок и уменьшению диэлектрических потерь. Авторами сделано предположение, что обнаруженное уменьшение электрической прочности пленок исходного и модифицированного полиэтилена высокого давления при одновременном воздействии на них механической нагрузки объясняется ускоренным накоплением объемных зарядов и ростом микротрещин, вследствие чего в развивающихся неоднородностях полимерного диэлектрика интенсивно проходят ионизационные процессы. Как следует из полученных результатов, по мере повышения степени механически напряженного состояния образцов уменьшается их долговечность. Это свидетельствует о том, что наряду с высоким электрическим полем одной их причин появления в полимерных диэлектриках объемных зарядов и неоднородностей в виде микротрещин является их механически напряженное состояние.

Литература:

1. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы [Текст]. — СПб.: Научные основы и технологии, 2008. — 822 с.

2. Руководство по разработке композиций на основе ПВХ [Текст] / Под редакцией Ф. Гроссмана, пер. с англ. — М.: Изд-во «Научные основы и технологии», 2009. — 608 с.

3. Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы [Текст]. — СПб.: Научные основы и технологии, 2009. — 660 с.

4. Полимерные композиционные материалы: свойства, структура, технологии [Текст] / Под редакцией А.А. Берлина [и др.]. СПб.: Профессия, 2009. — 560 с.

5. Башенов С. Л. Полимерные композиционные материалы. Прочность и технологии [Текст] / С. Л. Башенов, А. А. Берлин, А.А. Кульков [и др.]. — М.: Изд-во «Интеллект», 2009. — 352 с.

6. Перепелкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты [Текст]. — М.: Изд-во «Научные основы и технологии», 2009. — 658 с.

7. Овчинников Е.В. О механизме формирования фторсодержащих ингибиторов изнашивания на металлических подложках [Текст] / Е.В. Овчинников // Композиционные материалы в промышленности. Трубопроводы из полимерных композиционных материалов: изготовление, проектирование, строительство, эксплуатация: материалы XXIX Межд. конференции и семинара (1–5 июня 2009 г.). — Ялта, Киев: УИЦ «Наука. Техника. Технология», 2009. — С. 442–450.

8. Цвайфель, Х. Добавки к полимерам: справочник. [Текст] / Х. Цвайфель, Р. Д. Маер, М. Шиллер. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2010. — 1144 с.

9. Бастраков В. М. Композиционные материалы на основе фенолформальдегидной смолы СФЖ-3031 [Текст] / В. М. Бастраков, Ю. В. Лоскутов, Н. А. Юшкова // Механика композиционных материалов и конструкций. Издание ИПРИМ РАН. — М., 2010. — Т. 16, №4. — С. 612–622.

10. Функциональные наполнители для пластмасс [Текст] / Под редакцией Марино Ксантос, пер. с англ. — М.: Издво «Научные основы и технологии», 2010. — 462 с.

11. Холден, Д. Термоэластопласты [Текст] / Д. Холден, Х. Р. Крихельдфор, Р.П. Куирк / Пер. с анг. 3‑е издание под редакцией Б.Л. Смирнова. — СПб.: ЦОП «Профессия», 2011. — 720 с.

12. Косицина А.С. Синтез N,3,4‑замещенных 1,4‑фенилендиаминов / А. С. Косицина, Е.В. Роот, Н.А. Гаврилова [и др.] // Химия. — 2012. — Т. 5. — Вып. 4. — С. 405–410.

13. Бондалетова Л. И. Полимерные композиционные материалы [Текст] / Л.И. Бондалетова, В. Г. Бондалетов. — Томск: Изд-во ТПИ, 2013. — 118 с.

14. Stejskal J. Accepted Manuscript: Polymers of phenylenediamines // Progress in Polymer Science, 2014. — р. 300–310.

15. Берлин А. А. Нанокомпозиты: исследования, производство и применение [Текст] / А.А. Берлин и др. Под редакцией А.А. Берлина, И. Г. Ассовского. — М.: Торус Пресс, 2014. — 224 с.

16. Гумаров А.Х. Защитные покрытия на основе хлорсульфированного полиэтилена, отверждаемые без подвода тепла / 05.17.06. Дисс. к. т.н. — Казань, 2015. — 108 с.

17. Стахов И.С. Окислительная полимеризация фенилендиаминов / 02.10.06. Дисс. к. х. н. — М., 2016. — 149 с.

18. Бреки А.Д. Композиционные покрытия на основе полиамида А-ООО и наночастиц WS2 с повышенными триботехническими характеристиками в условиях сухого трения скольжения [Текст] / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев [и др.] // Материаловедение. — 2016. — №5. — С. 41–44.

19. Бреки А.Д. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе алюминия, упрочнённых углеродными нановолокнами при трении по стали 12Х [Текст] / А.Д. Бреки, Т. С. Кольцова, А.Н. Скворцова [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технология. — 2016. — №4 (21). — С. 11–23.

20. Гадалов В. Н. Прочность порошковых и композиционных материалов на основе металлов и керамики [Текст] / В.Н. Гадалов, А.Н. Горлов, И. В. Ворначева, А. В. Филонович. — Курск: Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2017. — 138 с.

21. Гадалов В. Н. Материаловедение: учебник для вузов [Текст] / В. Н. Гадалов, Д. А. Романенко, С. В. Сафонов и др. — М.: ИНФРА-М, 2017. — 336 с.

22. Щеренкова И.С. Влияние сверхтвердых частиц на повышение эксплуатационных свойств электрохимических покрытий [Текст] / И.С. Щеренкова, В.Н. Гадалов, В.В. Шкатов // Заготовительные производства в машиностроении. — 2017. — Т. 15, №2. — С. 84–90.

Структурообразование в полимерах при введении в них добавок — весьма важный фактор, определяющий свойства модифицированного материала [1–15]. Это явление можно рассматривать с двух позиций. Вопервых, с точки зрения образования в полимере структур в результате взаимодействия частиц добавок друг с другом и, во‑вторых, структурообразования в самом полимере с участием добавок, что особенно важно, когда содержание добавки в системе относительно невелико и не может образовывать структуру. В этом случае добавка может оказывать влияние на ускорение релаксационных процессов, регулирование размеров и формирование надмолекулярных структур в полимерах и улучшение их прочностных показателей.

Исходя из вышеизложенного, можно предположить, что обнаруженное в работе увеличение электрофизических характеристик при оптимальной модификации пленки полиэтилен высокого давления (ПЭВД) объясняется формированием надмолекулярной организации в виде мелкосферолитных структур. На это также указывают результаты экспериментов по изучению электрофизических свойств оптимальной модификации пленки ПЭВД до и после электрического старения, под воздействием разрядов в воздухе [16–22].

Как следует из полученных данных, с введением ПЭВД смеси ОФД и ФИ по 0,1 масс. % значительно снижается скорость уменьшения электрической прочности модифицированной пленки при электрическом старении. Известно, что скорость изменения электрофизических характеристик ПЭВД при его электрическом старении в основном обусловлена окислительной деструкцией. В данном случае скорость снижения электрической прочности пленки ПЭВД при ее старении, с введением оптимального количества добавок, еще раз указывает на образование плотно упакованных структур, посредством мелкосферолитной организации, которая препятствует диффузии кислорода и развитию ионизационных процессов при электрическом разрушении.

Далее в работе приведены результаты экспериментальных исследований электрической долговечности (время, прошедшее от начала приложения к образцу высокого электрического поля до завершения его пробоя), температурной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь и удельного объемного электрического сопротивления при одновременном действии механической нагрузки на полимерные модификации, полученные на основе полиэтилена высокого давления (ПЭВД) с различным содержанием химических добавок метилфенилтолиламина (ФИ), содержание которых варьировалось в пределах (0,01–0,5) масс.%.

Для Цитирования:
Губанов О. М., Алымов Д. С., Гадалов В. Н., Воздействие электрических разрядов и деформации на электрофизические и механические свойства полиэтилена высокого давления. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов. 2021;6.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: