Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Обширные и разнообразныезадачи, возникающие при использовании электротехнических материалов в поляхионизирующих излучений, решаются радиационным материаловедением.Как правило, радиация отрицательно влияет на свойства диэлектрическихматериалов. Однако в ряде случаев она положительно действует на некоторыетехнически важные свойства материалов, что позволяет использовать ее в качестветехнологического фактора.
В связи с важностью проблемы воздействия радиации насвойства материалов, дадим более подробные сведения о взаимодействии сионизирующими излучениями всех основных групп, рассмотренных ранее диэлектриков.К корпускулярным излучениям относятся быстрые и медленные нейтроны, осколкиядер α и β лучи (электроны различных скоростей).Волновые излучения− это γ-лучи, жесткое и мягкое рентгеновские излучения. Всистеме СИ экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения измеряется в Кл/кг.До сих пор широко используются рентгены1рент(Р)=2,58⋅10-4 Кл/кг, а также 1рад=10-2Дж/кг.Единицей поглощенной дозы служит Грей− энергия в 1 Дж, сообщаемая массе в1кг облученного вещества, независимо от вида облучения1 Грей=Дж/кг.Для нейтронов указывают плотность потока быстрых или медленных нейтроновчерез 1 м2 (см2).Предельная доза облучения человеческого организма− 0,05 Р/деньВоздействие излучений на газообразные диэлектрикиК газообразным диэлектрикам, широко используемым в электроаппаратуре, какбыло показано выше, относятся воздух, водород, углекислый газ, гексафторид серы(элегаз) и др.
Под действием излучений в газообразных диэлектриках могут протекатьразличного рода элементарные реакции, приводящие, в зависимости от вида излученияи мощности поглощенной дозы облучения к радиолизу - процессам обусловливающихионизацию, диссоциацию возбужденных нейтральных молекул газа, появление новыхионов в результате перегруппировки атомов до или во время диссоциации и др.
Так,при облучении воздуха образуется озон, вызывающий разрушение неозоностойкихорганических материалов, например, резин. Облучение органических материалов вгерметизированных и заполненных воздухом аппаратах может привести к выделениюводорода, который в смеси с воздухом может образовать взрывчатую смесь (гремучийгаз). В таких случаях возникает опасность взрыва или пожара при возникновенииэлектрического разряда. Средняя энергия ионизации воздуха составляет 34,3 эВ приоблучении электронами с энергией 9-17,5 МэВ и 33,9 эВ при облучении гамма-квантамис энергией 2 МэВ.165Воздействие облучения на жидкие диэлектрикиВпроцессеоблученияжидкихдиэлектриковувеличиваетсяихэлектропроводность и диэлектрические потери.
Облучение масел приводит кгазовыделению. В газовых пузырьках, если они задерживаются изоляцией, например,бумажной при наличии высоких электрических полей возможно развитие коронногоразряда. Это ведет к дальнейшему разложению жидкости и стимулирует выделениегазов, давление которых может достигнуть таких значений, что произойдетповреждение оболочки и корпуса изделий. Газовыделение в маслах линейновозрастает при увеличении поглощенной дозы излучения. Так, если при нормальнойтемпературе из 1см3 масла выделяется 0,2 см3 водорода при поглощенной дозеизлучения 107 рад, то при дозе 109 рад выделяется 20 см3 водорода.
Твердые, жидкие игазообразные продукты образующиеся при радиолизе масел необратимо изменяют ихсостав, увеличивают вязкость и ухудшают диэлектрические свойства материалов.Появление пенообразных веществ и смолообразных наслоений на конструкционныхэлементах электрической изоляции ухудшает теплоотвод, что может привести кэлектротепловому пробою.Выделяющиеся агрессивные продукты (НCl, НF и др.) могут вызывать быстроеразрушение органической изоляции и коррозию металлических элементов конструкции.Образование воска, захват газов и появление ненасыщенных молекул вэлектрических конденсаторах и кабелях с пропитанной изоляцией приводит к снижениюэлектрической прочности, увеличению электрической проводимости и диэлектрическихпотерь твердых электроизоляционных материалов.
В присутствии кислороданаблюдаются наиболее существенные изменения электроизоляционных масел,приводящие к увеличению кислотности масел, ухудшению диэлектрических ивязкостных показателей. Так, при облучении трансформаторного масла гамма-лучамипри поглощенной дозе облучения 42 М рад кислотное число увеличивается от значенийменьших 0,01 до облучения до 4,02 после облучения.
Кислотное числокремнийорганической жидкости после облучения дозой 22 М рад остается неизменным(< 0,01).Облучение жидких диэлектриков быстрыми нейтронами приводит к болеезначительному газовыделению, чем при гамма-облучении. Отметим, что масла высокойочистки обладают большей склонностью к газообразованию.Величина радиационных изменений в жидких диэлектриках зависит не только оттипа материала, вида излучения, мощности поглощенной дозы излучения, плотностипотока частиц, но и от технологии подготовки жидких диэлектриков для эксплуатации иконтакта с другими материалами.Воздействие радиации на высокомолекулярныесоединенияРезультаты воздействия ионизирующих излучений на высокомолекулярныесоединения находятся в прямой зависимости от характера химических связей вмолекулах этих веществ.
Для полимеров характерно наличие большего числа связей,разрыв которых под действием ионизирующих излучений при достаточно длительномоблучении полностью преобразует вещество.Изменение свойств полимеров при воздействии на них излучения высокойэнергии обусловлены следующими основными радиационно-химическими процессами:• укрупнением макромолекул из-за возникновения поперечных химическихсвязей между линейными макромолекулами - так называемое поперечное«сшивание»;166•распадом, деструкцией макромолекул, с образованием летучих продуктов имакромолекул меньшей длины, вплоть до превращения полимеров ввязкие жидкости;• изменением числа и характера двойных связей;• окислением при наличии доступа кислорода;• другими реакциями инициируемыми излучением при соответствующихусловиях.У многих полимеров наблюдается одновременное протекание всехперечисленных выше процессов.
Исследования показали, что полимеры, содержащиехотя бы один атом водорода на каждый атом углерода главной цепи, под действиемизлучения преимущественно «сшиваются»; полимеры же, содержание в главной цепиатомы углерода, не связанные с атомами водорода, в основном деструктируются.В таблице, приведенной ниже показано, как изменяются физико-механическиесвойства сшивающихся и деструктирующихся полимеров. Знаком “+” отмеченоувеличение свойства после облучения, знаком “-“ уменьшение указанного свойства.Свойство или показатель свойства полимеров послевоздействия излученияСшивающиесяполимерыДеструктирующиесяполимерыМолекулярная масса+-Растворимость-+Интенсивность газовыделения++Коэффициент теплового расширения-нет данныхГазопроницаемость и гигроскопичность-+Плотность+нет данных.Относительное удлинение-- или +Модуль упругости+-Прочность при растяжении+-Твердость+-Химическая стойкость+-Электрическая прочность+-К сшивающимся полимерам относятся: полиэтилен, полипропилен, полистирол,лавсан, поливинилхлорид, кремнийорганические соединения (силиконы), натуральныйкаучук, синтетические каучуки (кроме бутилкаучука), фенольноформальдегидные,полиэфирные, эпоксидные смолы.Деструктирующиесяполимерыэто:полиизобутилен,бутилкаучук,политетрафторэтилен(фторопласт-4),политрифторхлорэтилен(фторопласт-3),целлюлоза и ее производные, полиметилметакрилат (органическое стекло) и др.Действие излучений на органические материалы оказывается болеезначительным, если они в момент обучения находились в нагретом состоянии.167Некоторые полимерные материалы могут мгновенно вспениваться в момент или послеоблучения.При использовании в условиях облучения изоляции кабелей, приборов, корпусовидругихизделийизфторполимеров,поливинилхлоридныхматериалов,прессматериалов, резин возникают трудности, обусловленные выделениемагрессивных по отношению к металлам продуктов радиолиза (галоидов, серы, аммиака,серосодержащих соединений и галаидоводородных кислот).
Во фторопласте-4наиболее интенсивные выделения агрессивных продуктов радиолиза начинается споглощенной дозы излучения 104 рад, у фторопласта-3 - с дозы 106 рад, дляполивинилхлорида - с дозы 107 рад. У термоэластичных полимерных материаловнеобратимо изменяется при облучении тангенс угла диэлектрических потерь.Обратимые изменения удельного электрического сопротивления могут составлять у них6-8 порядков.
Величина этих изменений возрастает с ростом поглощенной дозыоблучения.Особым видом радиационных повреждений является электрический пробойтвердых диэлектриков возникающий без приложения внешнего напряжения. Такойпробой возникает при воздействии на диэлектрик заряженных частиц, если длина ихпробега меньше толщины диэлектрика. В этом случае происходит накоплениеэлектрического заряда в объеме материалов с последующим разрядом.Термореактивныепластмассы с минеральными или органическимиматериалами, перерабатываемые в изделия преимущественно методом прессования,составляют наиболее многочисленную группу полимерных материалов. Радиационнаястойкость порошковых прессматериалов определяется их рецептурным составом.Наиболее существенное влияние на радиационную стойкость этих материаловоказывают тип смолы и вид наполнителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
