Strona (3)

Procesy dyfuzyjne w polimerach stwarzają duże niebezpieczeństwo oddziaływania wody na ich własności izolacyjne . Niebezpieczeństwo to pojawia się wtedy gdy:

-    woda tworzy ciągłą warstwę na powierzchni dielektryku,

-    woda na wylot nasiąka dielektryk, czyli gdy tworzy drogę ciągłą dla przepływu prądu.

Polimery' mogą absorbować wodę lub rozpuszczać się w niej. Właściwość ta jest uzależniona od budowy fizycznej i chemicznej polimerów zastosowanych jako izolacja elektryczna tzn. od:

-    powierzchni wewnętrznej,

-    wielkości odstępów kapilarnych w budowie cząsteczkowej,

-    obecności aktywnej grupy chemicznej OH zwanej grupą hydroksylową, która odpowiada za podatność materiałów na wodę. Im mniejsza jest liczba tych grup, tym materia! izolacyjny (polimer) jest bardziej odporny na działanie wody.

Tak więc wskazane jest, aby w procesach technologicznych produkcji materiałów¹ polimerowych stosowanych jako izolacja elektryczna: zmniejszano liczbę grup hydroksylowych OH w budowie cząsteczkowej tych materiałów.

Przykładem zmniejszenia tych grup w produkcji surowca jest np.- wytworzenie celulozy, która - zawiera trzy grupy hydroksylowe w elementarnej cząsteczce w wodzie nierozpuszczalne ze względu na duże wymiary cząsteczek. W celu zwiększenia odporności na wodę stosuje się wiązanie grup hydroksylowych celulozy w procesie cstryfikacji.

Otrzymuje się estry celulozy kwasu octowego (trójacetując włókna i folie) - bardziej odporne na wodę.

OH		0— co — ch3
/		/
CeH702 - OH		C6H702-0 — co —■ ch3
^^OH		rt X 0 1 o 0 1 o /
	n	_

celuloza    celulozowy ester kwasu octowego

Innym przykładem zmniejszenia grup OH w produkcji wyrobu izolacji, jest proces utwardzania lakieru na przewodzie. Zachodzi wtedy reakcja miedzy grupami hydroksylowymi sąsiednich cząsteczek, z wydzieleniem wody.

Lakier polietylentereftalowy - przed wypaleniem zawiera grupę OH, wpływającą na brak odporności na wodę.

•—oc—^    COO—CH₂CHCH₂ —OCCCO--

OH

Po wypaleniu - bez grup hydroksylowych, staje się odporny na działanie wody.

-COO-

-ch₂chch₂—occ-^    co-

O

Przenikalność dla wilgoci i chłonności wody materiału zależy od jego stanu fizycznego, zjawisk powierzchniowych, struktury molekularnej, a gdy chodzi o polimery¹ to również od budowy chemicznej sieciowań i łańcuchów.

Działanie wody na polimery wywołuje skutki takie jak:

zmiany wymiarów np. pęcznienie , spowodowane chłonnością wody,

ekstrakcję składników rozpuszczalnych w wodzie oraz

zmianę innych własności np. izolacyjnych, spowodowane nasiąkliwością

Korzystając z wyznaczonych doświadczalnie charakterystyk chłonności wody, a więc krzywych kinetyki sorpcji wody w funkcji czasu AG/G =f(t) można obliczyć na podstawie prawa dyfuzji Fick’a wartość współczynnika dyfuzji D dla polimerów.

Określenie nasiąkliwości wodą jest ważnym kryterium jakości izolacji kablowej. Jest ona scharakteryzowana współczynnikiem dyfuzji D. Współczynnik ten wpływa na szybkość procesu kinetyki sorpcji wilgoci do materiału izolacyjnego. Im większa jest jego wartość, tym wchłonięcie wilgoci do stanu ustalonego nastąpi w krótszym czasie. Z tego powodu współczynnik dyfuzji może być jednym ze wskaźników oceny materiału, zatem w tych przypadkach gdy wilgoć może mieć istotny wpływ na jego własności elektryczne.

Program badań

Program badań obejmuje:

badanie nasiąkliwości wodą wg PN-EN 60811-1-3:1999

badanie chłonności wody wg PN-EN ISO 62:2000

obliczenie współczynnika dyfuzji D przy zastosowaniu prawa Ficka

Materiały' zastosowane do badań to:

1.    izolacja etylenowo-propylenowa typu IEP-1 o grubości 5 mm

2.    izolacja etylenowo-propylenowa typu 1EP-5, o grubości 2mm,

3.    izolacja zewnętrznego ekranu kabla typu P/E PDM o grubości 2mm.

Próbki zostały wstępnie przygotowane do badań zgodnie z zaleceniami normy PN-EN 60811-1-3: 1999, p.9.2.1.