Исследование трекингостойкости эластомеров для защитных покрытий стержневых стеклопластиковых изоляторов

УДК 621.315.619
Исследование трекингостойкости эластомеров для защитных покрытий стержневых стеклопластиковых изоляторов. Клочков В. И., Кузнецова Р. В., Рейхсфельд В. О., Соловьев Э. П.— Труды ЛПИ, 1983, № 392, с. 35—38.
Проведено обоснование выбора резины в качестве трекингостойкого покрытия. На основе стандартных резиновых смесей найдены трекингостойкие резиновые вулканизаты. Показана зависимость трекингостойкости от полимерной основы (каучука) и от различных добавок (ингредиентов). Сделан вывод о целесообразности дальнейших исследований в области применения резин в качестве защитного покрытия стержневых стеклопластиковых изоляторов. Табл. 1, библиогр.—2 назв.

На состоявшемся в 1977 году Всемирном электротехническом конгрессе было уделено значительное внимание применению полимерных материалов в электротехнической промышленности и, в частности, в изоляторостроении.
Полимерные материалы дают большие преимущества конструкторам и технологам при разработке новых электротехнических устройств, обладая по сравнению с традиционными материалами (фарфором, керамикой) рядом технологических свойств, позволяющих упростить производство, автоматизировать его и добиться значительной экономии: это выгодное соотношение прочности и массы конструкции, ударопрочность, устойчивость к действию атмосферных факторов, универсальность при проектировании, высокая технологичность при переработке (литье, прессование).
Не каждый материал одновременно обладает всеми положительными свойствами, однако, как правило, всегда можно подобрать материалы с необходимым сочетанием характеристик.
Трекингостойкость (стойкость к поверхностным разрядам) присуща некоторым полимерным материалам: фторопласту, кремнийорганическим соединениям.
Исследование трекингостойкости резин представляет большой интерес. Резина — это сложная многокомпонентная система, состоящая из полимерной основы (каучука) и различных химических добавок (ингредиентов). Она отличается от других технических материалов уникальным комплексом свойств, из которых главное — высокая эластичность. Это свойство, присущее каучуку — основному компоненту, резины, делает ее незаменимым конструкционным материалом в современной технике. В отличие от металлов, пластмасс, дерева, кожи и других материалов, резина способна к очень большим, практически полным, обратимым деформациям под действием относительно небольших нагрузок. 
Эластические свойства резины сохраняются в широком интервале температур и частот деформации, причем деформация устанавливается в относительно короткие промежутки времени. Важной особенностью резины является также релаксационный характер деформации.
Исключительная способность к высокоэластической деформации и высокая усталостная прочность резины сочетаются с рядом других ценных технических свойств: значительной износостойкостью, прочностью на разрыв и удар, хорошим сопротивлением порезам и их разрастанию, газо-, воздухо- и водонепроницаемостью, малой плотностью (немногим более единицы), высокой химической стойкостью, электрической прочностью и др.
Для исследования различных вулканизатов резин с целью применения их в качестве защитного покрытия стеклопластиковых стержневых изоляторов были приготовлены ненаполненные резиновые смеси с использованием следующих каучуков: изопренового СКИ-3, бутадиеновых СКВ и СКД, бутадиенстирольного СКС-30 АРКП; хлоропренового «наирит», этиленпропиленового СКЭПТ-40, бутилкаучука БК, силоксанового СКТВ-1, бутадиеннитрильного СКН-18, уретанового СКУ-ПФ.
Для указанных каучуков были разработаны 18 рецептур добавок (см. таблицу) и приготовлены с ними 33 резиновые смеси.
В состав смесей входили:

1. вулканизующие агенты — 0,5...5 массовых частей на 100 массовых частей каучука серы, перекиси дикумила;
2. ускорители вулканизации — 0,7... 2,5 массовых частей на 100 массовых частей каучука 2-меркаптобензтиазола (каптакса), 2-бензтиазолилдисульфида (альтакса), тетраметилтиурамдисульфида (тиурама), дифенилгуанидина (ДФГ);
3. активаторы — 4...5 массовых частей окиси магния, окиси цинка и 2 массовые части стеариновой кислоты.

Резиновые смеси готовились на вальцах. Режимы приготовления каждой смеси: роспуск каучука на вальцах, порядок введения добавок (ингредиентов), время смешения и т. д.— соответствовали типовым режимам смешения, принятым в ТУ и ГОСТах.
Из приготовленных резиновых смесей вулканизовались образцы для испытаний на трекингостойкость. Образцы имели форму брусков размерами 8 Х 15 X 20 мм. Вулканизацию проводили в специально изготовленной пресс-форме на вулканизационном прессе. Параметры вулканизации (температура, давление и время) соответствовали оптимуму вулканизации для каждой смеси.
Трекингостойкость образцов испытывалась методом увлажнения каплепадением. Было выявлено, что трекингостойкость резиновой смеси зависит и от типа каучука и от состава смеси. Так, в зависимости от рецептуры добавок смеси на основе изопренового каучука СКИ-3 являются трекингостойкими и нетрекингостойкими. С другой стороны, при одной и той же рецептуре смеси с различными каучуками имеют трекингостойкость 3 и более 50 ч.
Для резин на основе СКИ-3 самый низкий показатель трекингостойкости (1,2 ч) соответствует рецептуре 1 и самый высокий показатель (48 ч) —рецептуре 2.
Для резин на основе бутадиенстирольного каучука СКС-30АРКП трекингостойкость изменяется в зависимости от состава от 3 до 43 ч. Низкий показатель соответствует рецептуре 8, а высокий — рецептуре 9.
Для резин на основе бутадиеннитрильного каучука СКН-18 трекингостойкость изменяется от 6 до 28 и свыше 50 ч. Низкий показатель соответствует рецептуре 8, а высокий — рецептуре 16.

Трекингостойкость бутадиеновых СКВ и СКД, этиленпропиленового СКЭПТ-40, бутилкаучука БК, уретанового СКУ-ПФ и силоксанового СКТВ-1, каучуков составила более 50 ч.
Резиновая смесь на основе хлоропренового каучука «наирит» оказалась нетрекингостойкой.
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что в случае изопренового каучука СКИ-3 композиция тиурам — сера в рецептурах 2 и 8 обеспечивает получение вулканизатов с трекингостойкостью 48—50 ч, значительно большей, чем композиция альтакс —сера в рецептурах 1 и 7, для которых трекингостойкость составила соответственно 1, 2 и 5 ч. Композиция сера — тиурам в рецептуре 8 обеспечивает также трекингостойкость свыше 50 ч резиновым смесям на основе бутадиеновых каучуков СКВ и СКД и этиленпропиленового каучука СКЭПТ-40.
Добавка перекиси дикумила обеспечивает высокую трекингостойкость (43—50 ч) бутадиенстиролу СКС-30АРКП, этиленпропиленовому СКЭПТ-40, бутадиеннитрильному СКН-18, уретановому СКУ-ПФ и силоксановому СКТВ-1 каучукам.
Таким образом, сопоставляя трекингостойкость испытанных вулканизатов, можно предположить благоприятное влияние композиции тиурам — сера и перекиси дикумила.

ВЫВОДЫ

1. Получены трекингостойкие вулканизаты на основе каучуков: бутадиенового СКВ и СКД, этиленпропиленового, бутилкаучука, бутадиеннитрильного, уретанового и силоксанового.
2. Показано, что трекингостойкость резиновой смеси существенным образом зависит как от полимерной основы — каучука, так и от рецептуры добавок (ингредиентов). Удовлетворительные результаты могут быть получены только при их оптимальном сочетании.
3. Малые добавки существенно влияют на трекингостойкость, и можно предположить, что трекинг начинается с взаимодействия продуктов частичных поверхностных разрядов на каучук и ингредиенты смеси и. является радикальным процессом.
4.  В связи с этим представляется целесообразным предпринять изучение парамагнитных явлений в процессе вулканизации и трекинга.