Влияние солнечного излучения на физико-механические свойства полимерных материалов
Светостойкость – одно из главных требований, предъявляемых к кабельной продукции, применяемой в условиях открытой прокладки. В длительном процессе эксплуатации силовые кабели подвергаются ряду нагрузок. Механические нагрузки ослабляют силовой кабель. Солнечное излучение является фактором ускорения механической деградации оболочки кабеля. В связи с этим изучение стойкости изоляции кабельных изделий к действию солнечного света является актуальной задачей.
Реферат ……………………………………………………………………………………………………… 7
Введение ……………………………………………………………………………………………………. 8
1 Литературный обзор ……………………………………………………………………………… 11
1.1 Действие солнечного излучения на полимерные электроизоляционные
материалы………………………………………………………………………………………………… 11
1.2 Электроизоляционные материалы, применяемые при производстве
низковольтных силовых кабелей ………………………………………………………………. 14
1.3 Методика оценки стойкости изоляции и оболочки кабельных изделий
против действия солнечного излучения ……………………………………………………. 21
1.4 Выводы и постановка задач на исследование ………………………………………. 23
2 Методическая часть ………………………………………………………………………………. 24
2.1 Подготовка образцов ………………………………………………………………………….. 24
2.2 Методика определения предела прочности и относительного удлинения
при разрыве ……………………………………………………………………………………………… 26
3 Экспериментальная часть ………………………………………………………………………. 28
3.1 Объект исследования ………………………………………………………………………….. 28
3.2 Определение стойкости изделий к действию солнечного излучения
стандартным методом ………………………………………………………………………………. 30
3.3 Определение влияния солнечного излучения на физико-механические
свойства оболочки кабельных изделий……………………………………………………… 34
3.4 Обсуждение результатов эксперимента……………………………………………….. 38
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 40
5 Социальная ответственность при исследовании стойкости изоляции
(оболочек) кабельных изделий к действию солнечного излучения ……………. 62
Заключение ……………………………………………………………………………………………… 76
Приложение I …………………………………………………………………………………………… 80
Реферат
Магистерская диссертация содержит страниц 93, рисунков 9, таблиц 30,
использованных источников 33, 1 приложение. Ключевые слова: физико-
механические свойства, изоляция, этиленпропиленовая резина, полимер,
материал, метод, тепловое старение, испытание, сшитый полиэтилен.
Объектом исследования являются материалы – этиленпропиленовая
резина и сшитый полиэтилен.
Целью работы является исследование влияния солнечного излучения на
физико-механические характеристики полимерных оболочек кабельных
изделий.
Было произведено облучение образцов в виде бухт кабелей в
климатической камере тепла и солнечной радиации, после чего последовал
визуальный осмотр в соответствии с ГОСТ 20.57.406-81.
Произведены испытания лопаток, изготовленных по ГОСТ IEC 60811-1-
1-2011 на разрывной машине. В результате эксперимента обнаружено
изменение физико-механических характеристик.
Область применения: электроэнергетика и электротехника.
Тема старения полимерных материалов стала актуальной сразу же после
открытия первых полимерных изделий в середине 19 века, тогда же и начали
изготавливаться первые изделия из резины, а затем и из других полимерных
материалов. Практически сразу же открыли, что каучук можно вулканизовать,
или иным словом сшивать.
В начале первого столетия своей насыщенной истории, производство и
исследования полимеров развивалось очень стремительно. Во многом из-за
большого разнообразия всевозможных размеров, форм и применения изделий
из полимерных материалов, а также областей практического, а главное –
практичного, применения полимеров, заменивших большую часть устаревших
материалов.
Старение полимерных изделий может иметь различную причину своего
проявления: влага; кислород, окисляющий изделие; свет, прямой или
рассеянный; атмосферное давление; повышенная температура, озоновое
излучение, пониженная температура, значительный перепад температур;
ионизирующее облучение; повышенные нагрузки, чрезмерное давление,
различные истирания, переменные или статические; активные химические
среды; различные микроорганизмы; повышенная электрическая нагрузка.
Помимо этого, многие из этих факторов могут провоцировать не только
деполимеризацию или деструкцию, но даже структурирование молекулярных
цепей.
Светостойкость – это одно из основных требований, которое
предъявляется к кабельной продукции, если она используется в условиях
открытой прокладки. Материалы, которые неспособны противостоять
солнечному излучению могут потерять свои изначальные характеристики,
может значительно уменьшиться прочность, измениться цвет, ухудшиться
упругость, они могут начать выделять различные газы, в том числе токсичные.
Излучение под действием солнечного света – процесс довольно длительный,
так как первые заметные признаки могут проявиться только через промежуток
времени непрерывной эксплуатации на открытом воздухе порядка 3-5 лет,
поэтому чаще на практике применяют ускоренный метод старения образцов.
Основная сложность старения образцов заключается в основном в том,
что химическая природа полимеров очень разнообразна, а из этого следует, что
процессы структурирования или деструкции каждого из полимерных
материалов индивидуальны. Помимо этого, на эти процессы имеет очень
большое влияние технологическая составляющая изготовления полимерных
материалов, так как полимерные материалы крайне редко используются в виде
чистых смол, а по большей части содержат ряд специальных добавок:
катализаторы, различные наполнители, всевозможные стабилизаторы и
антиоксиданты, различные добавки и другие. Поэтому часто даже
незначительное изменение состава полимера приводит к существенному
изменению свойств полимерного материала.
На сегодняшний день существующие критерии и методы оценивания
стойкости полимерных материалов к солнечному излучению достаточно
нечетки и условны, так как наблюдения степени старения полимерных
материалов и изделий из полимеров ограничиваются лишь наличием или
отсутствием видимых (хоть даже и с применением оптических средств)
дефектов на поверхности изделия, таких как мельчайшие трещины,
незначительное изменение цвета, формы или других признаков старения
полимеров.
Во время процесса эксплуатации силовые кабельные линии
подвергаются огромному ряду нагрузок, в том числе значительных
механических. Так, например, примерами механической статической нагрузки
могут служить изгиб кабеля при его монтажных работах, создающий
значительное внутреннее напряжение на внешнем радиусе кабеля. В качестве
же примера механической динамической нагрузки могут служить изгибы при
изменении положения кабеля после монтажных работ, или даже небольшие
вибрации от электрических установок.
Данные механические нагрузки со временем ослабляют силовые
кабельные линии. Поэтому солнечное излучение является значительным
фактором ускоренного механического старения оболочки кабеля при
прокладке его на открытом воздухе, которая, следовательно, может привести
к значительному ухудшению физико-механических свойств полимерного
материала, и что гораздо важнее – к существенному уменьшению
электрической прочности изоляции кабеля. Именно поэтому изучение
стойкости оболочек из полимерных материалов и изоляции кабельных
изделий к излучению солнечного света с учетом изменения физико-
механических свойств на сегодняшний день является актуальной задачей.
Помимо этого, в реальных условиях использования, транспортировки
или хранения на изделие из полимерных материалов одновременно действуют
несколько постоянных, цикличных или случайных факторов, что вынуждает
проводить комплексные исследования старения полимеров и их методов
защиты.
В данном разделе были рассмотрены вопросы, которые обуславливают
социальную ответственность работника и организации перед окружающей
средой и природой.
Также были выявлены опасные факторы, влияющие на человека и
окружающую среду: вредные вещества, электрический ток, а также
акустический шум. Каждый фактор нормируется согласно требованиям ГОСТ и
СНИП, в которых описываются все аварийные и вредные для человека ситуации,
возникающие при работе.
Рассмотрены чрезвычайные ситуации, которые могут возникать при
работе на установке. В результате, были выявлены опасные и вредные факторы
рабочего места, характеризующие процесс взаимодействия трудящихся с
окружающей производственной средой. Описано влияние этих факторов на
организм человека. Кроме этого, были рассмотрены средства защиты от вредных
и опасных факторов.
Заключение
В работе было исследовано влияние солнечного излучения на физико-
механические характеристики полимерных оболочек кабельных изделий из
сшитого полиэтилена и этиленпропиленовой резины.
Было произведено облучение образцов из сшитого полиэтилена и
этиленпропиленовой резины в виде бухт кабелей в климатической камере
солнечной радиации и тепла, после чего последовал визуальный осмотр образцов
в соответствии с ГОСТ 20.57.406-81. В результате осмотра ни на одном образцов
никаких признаков старения после солнечного излучения не обнаружено,
следовательно, все изделия успешно прошли данное испытание.
Были произведены испытания лопаток, изготовленных из сшитого
полиэтилена и этиленпропиленовой резины по ГОСТ IEC 60811-1-1-2011 на
разрывной машине. В результате эксперимента было обнаружено изменение
физико-механических характеристик, а именно увеличение предела прочности и
значительное уменьшение относительного удлинения при разрыве в образцах из
этиленпропиленовой резины. Изменения физико-механических характеристик в
образцах из сшитого полиэтилена незначительны и составляют порядка 1-2 %.
Затем был произведен анализ результатов экспериментов и сделано
предположение о наличии химической деструкции после солнечного излучения
в присутствии кислорода, а также вероятности подвулканизации в процессе
облучения.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.1 (20 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
4.5 (80 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
5 (145 отзывов)
4.9 (826 отзывов)
5 (428 отзывов)
5 (18 отзывов)
