Введение 4
1. Литературный обзор 6
1.1 Действие солнечного излучения на полимерные электроизоляционные
материалы 6
1.2 Электроизоляционные материалы, применяемые при производстве
низковольтных силовых кабелей 8
1.3 Методика оценки стойкости изоляции и оболочки кабельных изделий
против действия солнечного излучения 16
1.4 Выводы и постановка задач на исследование 18
2 Методическая часть 19
2.1 Подготовка образцов 19
2.2 Методика определения предела прочности и относительного удлинения
при разрыве 21
3 Экспериментальная часть 22
3.1 Объект исследования 22
3.2 Определение стойкости изделий к действию солнечного излучения
стандартным методом 28
3.3 Определение влияния солнечного излучения на физико-механические
свойства оболочки кабельных изделий 30
3. 4 Оценка погрешности результатов испытаний 35
3. 5 Обсуждение результатов эксперимента 36
4. Определение ресурсоэффективности проекта
Тема разного рода старения полимеров стала актуальна немногим позже появления первых готовых к эксплуатации изделий из них в XIX веке, когда начали изготавливать первые резиновые шары для гольфа, а следом и другие изделия. Тогда же и догадались, что каучук, полученный из гуттаперчевого дерева можно сшивать, иным словом, вулканизовать.
В течение первого столетия своей истории, исследования и производство полимерных материалов развивались стремительно. В основном за счет многообразия возможных форм и размеров изделий, а также сфер практического, а главное - практичного, применения полимерных материалов, заменивших очень многие устаревшие материалы.
Старение полимерных материалов может в общем случае иметь разную причину: свет, рассеянный или прямой; атмосфера, кислород, озон; температура, повышенная, пониженная, перепад температур; ионизирующее облучение; влага, ионизированная, нейтральная; нагрузки, давление, истирание, статические и переменные; химически активные среды; микроорганизмы; электрическая нагрузка. Кроме того, некоторые из этих фактором могут инициировать не только деструкцию и деполимеризацию, но также процессы структурирования молекулярных цепей.
Светостойкость - одно из главных требований, предъявляемых к кабельной продукции, применяемой в условиях открытой прокладки. Изделия, неспособные противостоять солнечному излучению теряют свои первоначальные характеристики, такие как прочность, цвет, упругость, они могут также начать испускать разнообразные газы, в том числе токсичные. Старение под действием солнечного света - процесс длительный, первые заметные признаки проявляются только через промежуток времени эксплуатации порядка трех-пяти лет в реальных условиях окружающей среды, поэтому на практике применяется ускоренный метод старения.
Сложность проблемы старения в основном заключается в том, что химическая природа полимерных материалов разнообразна, из чего следует, что процессы деструкции и структурирования полимеров индивидуальны. Кроме того, на эти процессы имеет большое влияние технологическая составляющая изготовления полимеров, поскольку полимеры не применяются в виде чистых смол, а содержат ряд специализированных добавок: наполнители, стабилизаторы и антиоксиданты, антимикробные добавки и другие. Так незначительное изменение состава полимерной композиции может привести к резкому изменению свойств полимера.
Существующий метод и критерии оценки стойкости к солнечному излучению довольно условны и нечетки, поскольку наблюдения степени старения полимеров и изделий из них ограничиваются констатацией наличия или отсутствия видимых (в том числе с использованием оптических средств исследования) дефектов на поверхности изделия, таких как трещины, изменение цвета, фактуры и других явных признаков старения полимерного материала.
В длительном процессе эксплуатации силовые кабели подвергаются ряду нагрузок, в том числе механических. Примерами статической механической нагрузки служат изгиб кабеля при монтаже, создающий внутреннее напряжение на внешнем радиусе. В качестве примера динамической механической нагрузки служат вибрации электротехнических установок, изгибы при изменении положения кабеля, будь то изгиб преднамеренный в подвижных узлах установок или под действием случайных факторов, например ветра.
Указанные механические нагрузки постепенно ослабляют силовой кабель, при этом говорится об усталости материалов оболочки и других конструктивных элементов кабеля. Солнечное излучение является важным фактором ускорения механической деградации оболочки кабеля при прокладке на открытом воздухе, которая приводит к ухудшению физико-механических свойств, химической стойкости и, что наиболее важно в электротехнике - к уменьшению электрической прочности изоляции. В связи с этим изучение стойкости полимерных оболочек и изоляции кабельных изделий к действию солнечного света с учетом динамики физико-механических свойств является актуальной задачей.
Более того, в реальных условиях эксплуатации или хранения на изделия одновременно воздействует целый ряд постоянных, случайных или цикличных факторов, что создает необходимость комплексного исследования старения полимерных материалов и методов защиты их.
