Морозостойкостью (холодостойкостью) резины называется предел отрицательной температуры, при которой она в услови-ях данного вида деформации не разрушается. Следует отметить, что представление о том, что морозостойкость резины означает сохранение эластических свойств при отрицательных температурах, неверно.

Характерные эластические свойства резин объясняются гибкостью их молекулярных цепей при приложении растягивающих сил. Молекулы содержащихся в резине каучуков выпрямляются и ориентируются относительно друг друга. Упругие свойства резин создаются стремлением молекул под воздействием теплового движения возвращаться к их первоначальному положению, поэтому степень эластичности данной резины находится в прямой зависимости от интенсивности теплового движения, т. е. от температуры окружающей среды. Резина по мере снижения температуры постепенно переходит из эластического в твердое состояние и начинает разрушаться в местах, механически наиболее напряженных, с образованием характерных трещин.

При воздействии низких температур благодаря внутренним структурным изменениям увеличивается разрывная прочность резин и одновременно в связи с уменьшением эластических свойств снижается относительное удлинение.

Снижение эластичности резин при низких температурах является следствием происходящих в них процессов кристаллизации или стеклования каучуков, которые носят обратимый характер. У резин, затвердевших под воздействием низкш температур, после повышения температуры полностью восстанавливаются первоначальные эластические свойства.

Морозостойкость любой резины в основном зависит от морозостойкости применяемого каучука. Поэтому для получения морозостойких резин используют НК в сочетании с синтетическими или такие специальные типы СК, обладающих повышенной морозостойкостью, как стереорегулярный СКД.

Однако в ряде случаев по условиям эксплуатации требуется применение в резинах маслонефтестойких каучуков, к которым относятся полихлоропреновый каучук наирит, дивинилнитриль-ный каучук СКН. Но эти каучуки в силу их полярности не обладают высокой морозостойкостью. В этом случае в целях повышения морозостойкости резины применяют пластификаторы типа дибутилфталата, диоктилсебацината, дибутилсеба-цината, которые обладают резко выраженной полярностью, хорошо совмещаются с полярными каучуками и снижают их температуру стеклования.

При транспортировке, монтаже и эксплуатации кабельных изделий наиболее часто встречающимися видами деформаий" являются изгиб и удар.

На морозостойкость резин заметно влияет длительное старение при хранении и эксплуатации кабельных изделий. Сопутствующим фактором являются также климатические условия, в которых находятся кабельные изделия. С течением времени в той или иной степени снижается морозостойкость, прежде всего, внешней резиновой оболочки.

3.10. СТОЙКОСТЬ к ВОЗДЕЙСТВИЮ ПЛАМЕНИ, МАСЛОСТОЙКОСТЬ и БЕНЗИНОСТОЙКОСТЬ КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН

Стойкость к воздействию пламени для кабелей и проводов

означает сопротивление распространению горения. Для ряда кабельных изделий этот вопрос имеет существенное значение при эксплуатации, так как часто при коротких замыканиях в электрической сети или при возникновении пожаров в помещениях провода и кабели служат источником распространения огня.

Главной причиной горения служит горючесть входящих в состав резины каучука, мягчителей, сажи. Особенно подвержены горению бутадиеновые, бутадиен-стирольные каучуки, которые, разлагаясь под воздействием высокой температуры, вьщеляют легковоспламеняющиеся вещества.

Некоторого снижения горючести можно достичь рецептурным путем, например введением в резиновую смесь хлорированного парафина, уменьшением содержания каучука и др., но наиболее правильным способом получения трудногорючих резин является применение в них хлоропренового каучука. В таких резинах наличие хлора исключает возможность распространения горения, поэтому в ТУ 16.К71-098-90 предусмотрены специальные типы резин.

Стойкостью резины к воздействию агрессивной жидкости назьшается способность сохранять необходимые технические свойства и работоспособность при воздействии той или иной среды. Для некоторых кабелей и проводов, эксплуатируемых в агрессивных средах, существенное значение имеют маслостойкость и бензиностойкость. Для таких изделий применяют резины или пластмассы, обладающие маслостойкостью и бен-зиностойкостью.

Наиболее явным признаком неудовлетворительного сопротивления воздействию агрессивных сред служит набухание полимера. Это явление обусловлено подверженностью набуханию большинства типов каучуков, являющихся основой резины, главным образом НК и синтетических бутадиеновых, бутадиен-стирольных каучуков. У каучуков после максимального насыщения растворителем, что oбycJЮвлeнo избирательной способ-остью каучука того или иного типа, набухание постепенно преходит в процесс растворения. У резин, как правило,

воздействие растворителя ограничивается набуханием в мак симальной степени, но в некоторых случаях, главным образо( при окислительной деструкции, резины также обнаруживаю способность перехода в форму раствора.

Резины, стойкие к агрессивным средам, можно получить рецептурным способом - путем введения в смесь некоторых стойких к воздействию растворителей наполнителей, мягчителей и др., но этот способ недостаточно эффективен. Наилучшим способом получения маслостойких и бензиностойких резин является применение в резинах соответствующих СК, не подверженных набуханию в растворителях. Такими каучуками можно считать полихлоропреновые (наирит) и бутадиен-нит-рильные (СКН) каучуки, хлорированный и хлорсульфированный полиэтилены.

Методы определения воздействия агрессивных сред (маслостойкость, бензиностойкость и др.) различны. Наболее широко распространены методы испытания по ГОСТ 9.030-74. В последнее время в кабельной промышленности внедрен другой, новый метод определения стойкости резиновой или пластмассовой изоляции и оболочки к воздействию масел и бензина по ГОСТ 25018-81. По этому методу физико-механические показатели резин типов РШН-1 и РШН-2 после 24 ч пребывания в масле марок И-40А и И-50А по ГОСТ 20799-75 при температуре (100±Г)С не должны снижаться (прочность при растяжении более чем на 20%, относительное удлинение более чем на 25%).

3.11. стойкость КАБЕЛЬНЫХ РЕЗИН К СТАРЕНИЮ

Признаками старения каучуков и резин служат потеря эластичности, ухудшение электрических и физико-механических параметров, морозостойкости и других основных характеристик. Со временем внешний слой резиновой оболочки постепенно твердеет, образуются трещины, и в определенный период времени оболочка становится хрупкой, способной разрушаться. Все это является следствием процесса окислительной деструкции содержащегося в резине каучука под воздействием кислорода, озона, света, тепла, агрессивных сред, механической нагрузки и других факторов.

Присоединение кислорода, происходящее по месту двойных связей каучука, приводит к разрыву цепи с образованием радикалов, обладающих реакционной способностью. Наиболее активной реакционной способностью обладают пероксидяые радикалы. Пероксиды служат автокатализаторами цепной реакции процесса окисления.

На интенсивность окислительного процесса влияет большинство компонентов, входящих в резиновые смеси, причем.

если один из них способствует процессу, то другие, наоборот, ужат ингибиторами, т. е. средством торможения процесса окисления. Так, технический углерод затрудняет доступ кислорода к каучукам.

Процесс старения проходит первоначальную стадию индукционного периода, в пределах которого не проявляется резкое влияние результатов окисления, но за пределами этого периода наступает интенсивное старение. Продолжительность индукционного периода зависит от различных факторов.

Для замедления старения в резиновые смеси вводят различные химические и физические противостарители, хотя они и не способны полностью предотвратить процесс старения, а оказывают лишь частично ингибирующее воздействие.

Из всех существующих видов старения для кабельных резин имеет значение тепловое и атмосферное старение.

Тепловое старение обусловлено тем, что кабельные изделия на протяжении многолетнего срока эксплуатации находятся под воздействием тепла, выделяемого, с одной стороны, токопроводящей жилой в связи с электрической нагрузкой (до 65° С), а с другой стороны - температурой окружающего воздуха, доходящей до 50-60° С.

При тепловом старении скорость окисления вулканизата зависит от реакционной способности каучуков, составляющих основу данной резины. Так, полярные (хлоропреновые и щт-рильные) каучуки меньше подвержены тепловому старению, чем неполярные (натуральный, синтетические: изопреновый, бутадиеновый, 6yi адиен-стирольный). Например, в хлоропре-новых резинах взаимодействию кислорода с двойными связями препятствует атом хлора, присутствующий в молекуле каучука. В нитрильных же резинах замедлению старения способствуют продукты окисления, обладающие вьюокоэффективными защитными свойствами.

Сопротивление старению резин с применением других синтетических неполярных каучуков и НК несколько слабее, но скорость их окисления зависит от содержания двойных связей в главных и боковых цепях. Так как двойные связи в главных цепях более активны, то бутадиеновые синтетические каучуки, имеющие до 43-49% двойных связей в боковых цепях, обладают большей сопротивляемостью окислению. Резины на основе НК менее нагревостойки, чем резины на основе СК.

На старение резин могут оказывать влияние также некоторые ингредиенты смесей. Например, коэффициент старения* защитных резин, наполненных газовой и печной сажей, при

Ю * Под коэффициентом старения понимается коэффициент/ характеризу-"Ии снижение механических паметров рези в процессе старения.

продолжительном старении ниже, чем коэффициент старения резин с термической или ламповой сажей. Влияет на старение и наличие в минеральных наполнителях поливалентных ме-таллов. Обращает на себя внимание характер действия вул-канизующего агента - серы, которая при комнатной температуре стабилизирует каучуки, а при повышенных температурах ускоряет процесс окисления. Одновременно с этим ускоритель вулканизации--тиурам (тетраметилтиурамдисульфид) значительно замедляет старение.

Ввиду явного преимущества так называемых бессернистых резин (высокая нагревостойкость, большая сопротивляемость старению) в СССР в изоляционных резинах сера как вулканизующий агент не применяется, она заменена тиурамом-Д в сочетании с каптаксом и другими ускорителями вулканизации.

Установлено, что на старение резиновой изоляции могут влиять некоторые конструктивные особенности кабельных изделий. Так, выяснено, что алюминиевые проволоки, применяемые в токопроводящих жилах, более инертны к процессу окисления изоляции, чем медные. Имеет значение также конструкция скрутки жил. Чем больше свободного пространства внутри скрученных жил, следовательно, больше кислорода, тем интенсивнее протекает процесс окисления изоляции. Значит, менее гибкие кабельные изделия находятся в более благоприятных условиях.

В кабелях, проводах и шнурах применяются защитные оболочки различного типа. Почти все они могут участвовать в процессе окисления изоляции, если нет сепаратора, затрудняющего непосредственный контакт изоляции с оболочкой.

Вредное влияние оболочки на изоляцию может происходить путем миграции из поливинилхлоридных пластикатов Некоторых пластификаторов, из сернистой резиновой оболочки-серы, из оплетки - пропиточных составов и др.

Весьма четко и определенно проявляется зависимость старения кабельных резин от температуры окружающей среды. Чем вьпие температура среды, тем быстрее протекает процесс старения Главными показателями, характеризующими сопротивление резины тепловому старению, являются степень снижения прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве после воздействия тепла. Поэтому в мировой практике принят метод оценки сопротивления кабельных резин старению по изменению именно этих показателей.

В отличие от теплового старения атмосферное старение, также выражающееся в изменении физико-механических и ДрУ гих параметров, является следствием воздействия на резйНУ различных климатических условий в процессе хранения и эксплуатации на открытом воздухе. Главными факторами аТ мосферного старения служат солнечный свет и озон, который содержится в окружающем воздухе. На степень воздействия

озОна влияют сопутствующие факторы - кислород, температура, влажность и др. Атмосферному старению подвержены, главным образом, наружные защитные оболочки кабельных изделий, находящиеся в непосредственном контакте с внешней средой. Изоляционные резины, как правило, защищены от атмосферных воздействий.

Воздействие света. Окисление и деструкция каучуков, приводящие к ухудшению технических свойств резин, являются результатом фотохимического процесса, возникающего под воздействием света. Механизм этого явления по данным исследований представляется следующим образом. В результате влияния света молекулы каучуков возбуждаются, предварительно поглощая квант энергии, соответствующий длине волны света. Активность окисления резины зависит от интенсивности солнечной радиации. Световые лучи с "малой длиной волны оказывают наиболее сильное разрушающее действие. Световое старение может иметь место при любом виде светового воздействия - при прямом облучении, рассеянном свете, в закрытых помещениях, в темноте, но, конечно, с различной эффективностью.

Внешний вид резиновой оболочки, подвергшейся световому старению, обычно представляет собой затвердевшую поверхность с беспорядочной сеткой мелких поверхностных трещин, иногда с измененной окраской.

Каучуки гораздо больше подвержены окислению под воздействием световых лучей, чем резиновая смесь; степень воздействия зависит от содержания в каучуках двойных связей. Частичная защита резиновой смеси от окисления с помощью ингредиентов указывает на светофильтрующую роль последних. Известна такая же способность серы, тиурама, каптакса, оксида цинка, технического углерода и др.

Воздействие озона. Озон - один из самых активных агрессивных факторов, нарушающих нормальное состояние резины. Признаками озонного воздействия служат образование характерных трещин на поверхности оболочки, расположенных перпендикулярно оси напряжения, и снижение первоначальных физико-механических и других показателей.

По активности окислительного воздействия на резину озон значительно превосходит кислород. Озон является продуктом превращения кислорода в результате фотохимического воздействия солнечных лучей. Воздушные потоки доносят его до земной поверхности, причем в весенне-летний период концентрация озона увеличивается из-за грозовых разрядов и обручения земного шара Солнцем. На протяжении суток концентрация озона в воздухе тоже неодинакова. До полудня оличество озона растет и к 14-15 ч достигат максимального Уровня, а в дальнейшем постепенно уменьшается и к полуночи

3125