УДК: 678.741:678.049:539.3
, , *, *, *, .*
Российский химико-технологический университет им. , Москва, Россия
*, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ПЛАСТИФИКАТОРА НА СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ ЭТИЛЕНА
In this work was investigated the influence of plasticizer content (mineral oil) on the properties of ethylene copolymers with vinyl acetate (28%) SEVA – 118 and malein anhydride (1.5%) Exxelor. It was shown that a higher level of the thermodynamic compatibility and mechanical properties of the compositions on the basis of Exxelor attributable to a lesser degree of crystallinity and the ability this crystallites to be plastificated or be partially destructed by the communication with mineral oil.
Исследовано влияние содержания пластификатора (минерального масла) на свойства сополимеров этилена с винилацетатом (28%) СЭВА-118 и малеиновым ангидридом (1,5%) Exxelor. Показано, что более высокий уровень термодинамической совместимости и механических свойств композиций на основе Exxelor обусловлен меньшей степенью кристалличности и способностью самих кристаллитов к пластификации и частичному разрушению при взаимодействии с минеральным маслом.
Для стабилизации работы многожильных кабельных изделий в широком диапазоне температур и повышенной влажности среды в состав кабеля входит полимерный заполнитель, который располагается между полимерной оболочкой и изолированными жилами кабеля. Заполнитель выполняет функции теплоизоляции, защиты от влаги (гидрофобность) и повышает стабильность формы и сплошности изделия к воздействию внешних силовых импульсов [1]. В качестве полимерной основы заполнителя отечественных и зарубежных фирм используются различные полимеры - пластифицированный поливинилхлорид, а также сополимеры полиэтилена (ПЭ) с малеиновым ангидридом (Exxelor) и винилацетатом (СЭВА, Elvax), пластифицированные минеральным маслом. Для снижения пожароопасности в состав заполнителя входят также мел и тальк.
Практика эксплуатации кабельных изделий показала, что в ряде случаев существует невоспроизводимость механических свойств полимерного заполнителя и уровня термодинамической совместимости при монтаже кабельных изделий, различных заводов изготовителей. Имеют место случаи выделения существенного количества пластификатора, который скапливается в распределительных коробках и плафонах светильниках, приводя к их растрескиванию.
В связи с этим в задачу настоящей работы входило исследование влияния концентрации минерального масла на свойства сополимеров этилена и сравнительная оценка эксплуатационных свойств заполнителей на основе различных полимеров.
Объектами исследования служили композиции, пластифицированные минеральным маслом на основе сополимеров полиэтилена с малеиновым ангидридом (1,5%) – Exxelor и винилацетатом (28%)- СЭВА-118. Физико-механические испытания проводили в соответствии с ГОСТ 270-75 на разрывной машине Р-5. Ориентировочную оценку термодинамической устойчивости проводили на основе ГОСТ «Метод пятна» [2], согласно которому оценивали размер пятна пластификатора на подложке из чертежной кальки, выдавленного из таблетки высотой 4 мм при воздействии напряжения 1 кгс/см2 в течение 14 суток. При этом оценивали константу термодинамической устойчивости (Ктду) представляющую собой отношение диаметров пятна и исходной таблетки. Температуры стеклования и плавления, а также тепловые эффекты плавления оценивали на дифференциальном сканирующем калориметре DCK-822 "Мettler" при скорости нагревания 100С/мин. Для сравнительной оценки размера кристаллических образований на основании зависимости оптической плотности D от длины волны λ оценивали волновой экспонент n=dLgD/dLgλ, величина которого обратно пропорциональна размеру частиц [3].
Свойства заполнителей на основе сополимеров СЭВА и Exxelor существенно различаются (таблица 1). Превышение предельно допустимого значения Ктду (1,2) и невоспроизводимость свойств заполнителей на основе СЭВА может быть связано с отклонением концентрации минерального масла в рецептуре композиции от оптимального значения.
Таблица 1.
Свойства заполнителей на основе сополимеров СЭВА и Exxelor
Марка заполнителя | Предприятие изготовитель | Полимерная основа | σр, МПа | εр, % | Kтду |
С кабеля NYM |
г. Смоленск | СЭВА | 0,15 | 48 | 2,32 |
С кабеля ППО | 0,24 | 30 | 1,88 | ||
С кабеля ППО | 0,63 | 13 | 1,07 | ||
Заполнитель для NYM | АО «Кировкабель» | 1,5 | 86 | 2,14 | |
Заполнитель для NYM | Германия | Exxelor | 0,62 | 28 | 1,12 |
Совместимость СЭВА с минеральным маслом хуже, чем Exxelor и уже при 20% масла превышает критическое значение Ктду 1,2 (рис.1).
Рис.1. Зависимости Ктду сополимеров Exxelor (1) и СЭВА (2) от концентрации минерального масла.
Так как, при введении минерального масла пластифицируются, прежде всего, аморфные области это может быть связано с различной степенью кристалличности сополимеров .Действительно, как следует из данных ДСК (таблица 2) для сополимера Exxelor
Таблица 2.
Данные ДСК сополимеров этилена с различ-ным содержанием минерального масла
С масла, % |
Тg,0С |
Тпл, ,0С |
Q1/ j п, Дж/г |
Exxelor | |||
0 | -48 | 48 | 34,7 |
20 | -62 | 43 | 24,2 |
40 | -58 | 46 | 19,5 |
80 | -59 | 43 | 22,5 |
150 | -65 | 43 | 13,0 |
СЭВА-118 | |||
0 | -20,7 | 83 | 68,7 |
20 | -35,8 | 77,6 | 67,2 |
40 | -33,4 | 81,5 | 72,8 |
80 | -43 | 73,5 | 69,6 |
значения температур стеклования, плавления и приведенного (к массе сополимера) теплового эффекта плавления (Q1/jп) заметно ниже, чем для СЭВА-118. С ростом содержания минерального масла для обоих сополимеров наблюдается сходный характер изменения температур стеклования и плавления. Однако при этом величина показателя Q1/jп для СЭВА-118 практически не изменяется, тогда как для Exxelor величина теплового эффекта плавления заметно снижается. с ростом содержания пластификатора. Это указывает на способность кристаллитов Exxelor пластифицироваться и частично разрушаться при введении минерального масла что служит, вероятно, дополнительным фактором увеличения совместимости.
Известно [4], что в общем случае с увеличением содержания второго сомономера в цепи полиэтилена степень кристалличности понижается. Поэтому меньшая степень кристалличности Exxelor (1,5% малеинового ангидрида) по сравнению с СЭВА-% винилацетата) обусловлена, вероятно статистическим и блочным характером распределения второго сомономера соответственно. Косвенным подтверждением этому может служить меньший размер кристаллических образований Exxelor (n=2,82) по сравнению с СЭВА-118 (n=1,72).
Рис.2. Зависимости прочности сополимеров Exxelor (1) и СЭВА (2) от концентрации минерального масл
Рис.3. Зависимости разрывной деформации композиций на основе сополимеров Exxelor (1) и СЭВА (2) от волнового экспонента
При введении пластификатора прочность композиций с Exxelor снижается в меньшей степени по сравнению с СЭВА-118 (рис.2), а изменение разрывной деформации имеет сложный характер. При этом для обоих сополимеров наблюдается общая тенденция к увеличению разрывной деформации с ростом размера (при уменьшении n) кристаллитов (рис.3), которые вероятно выполняют роль узлов пространственной сетки.
Таким образом, на основании данных о термодинамической совместимости и механических свойствах композиций использование сополимера Exxelor в качестве полимерного заполнителя кабельных изделий представляется более целесообразным.
ЛИТЕРАТУРА:
1. и др. Электротехнические материалы. Л., Энергия, 19с.
2. , , Ступень . соединения. Б. 1973.
Т. 15. № 2. с. 278-282.
3. , , Лаврушин функции
светорассеяния дисперсных систем. Изд-во СГУ, 19с.
4. Сирота структуры и свойств полиолефинов. М.:Химия,1984.152 с.
