Жидкие диэлектрические материалы





Основные классы жидких диэлектрических материалов представлены на рис. 1, а их основные диэлектричес­кие свойства — в табл. 2

Рис.1. Классификационная схема жидких диэлектрических материа­лов (ДМ)

Таблица 2

Параметры жидких диэлектрических материалов

 

Электрические свойства нефтяных масел зависят от сте­пени их очистки от смол, кислот, щелочей, воды и газов.

Трансформаторные масла используют для заполнения трансформаторов и высоковольтных масляных выключателей. Заполняя поры в изоляции и промежутки между деталями трансформатора, масло повышает электрическую прочность изоляции и в 28 раз улучшает отвод тепла в окружающую среду по сравнению с воздухом.

В высоковольтных выключателях при разрыве контак­та возникает дуговой разряд. Если это происходит в мас­ле, то под действием высокой температуры образуются газы под большим давлением, что приводит к гашению разряда, т.е. масло обладает дугогасящими свойствами.

Конденсаторное масло отличается от трансформатор­ного особо тщательной очисткой и применяется для про­питки бумажных конденсаторов.

Кабельное масло используют для пропитки бумажной изоляции кабелей и заполнения маслонаполненных кабе­лей на рабочие напряжения до 35 кВ.

Хлорированные углеводороды, в частности совол, при­меняют для пропитки и заливки бумажных силовых и ра­диоконденсаторов с повышенной удельной емкостью, рас­считанных на большие рабочие напряжения.

Фторорганические жидкости характеризуются высокой химической инертностью, негорючи и имеют высокую ста­бильность свойств при температурах до 500 °С. Применя­ются для пропитки и заливки конденсаторов и трансфор­маторов, для охлаждения выходных каналов клистронов и т.д.

Органические эфиры используют в высокочастотных конденсаторах, так как tg 8 уменьшается с ростом часто­ты внешнего поля и, кроме того, е и tg 8 слабо зависят от температуры среды.

Используются для смазки и пропитки волокнистых ма­териалов, стекла, керамики, пластмасс, а также применя­ются в качестве масел в вакуумных насосах. Обладают высокой термостойкостью и химической инертностью.

Жидкие диэлектрики растительного происхождения в радиоэлектронной аппаратуре практически не использу­ются.

Тема №9

Твердые органические диэлектрические материалы

 

Реакции образования полимеров.Подавляющее большинство органических материалов, используемых для изготовления элект­рической изоляции, относится к группе полимеров. Полимерами называются молекулярные соединения, молекулы которых состо­ят из большого числа структурно повторяющихся звеньев — мо­номеров. Молекулярная масса полимеров достигает 106, а геомет­рические размеры молекул могут быть настолько велики, что ра­створы этих веществ по свойствам приближаются к коллоидным системам.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько ти­пов элементарных звеньев, называют сополимерами. По строению макромолекул сополимеры подразделяются на следующие основ­ные типы:

статистические----- --А—В—А—В —В—А—А—А—В—А—

чередующиеся----- --А—В—А—В—А—В—А—В—А—В —

блок-сополимеры —А—А—А—В—В—В—А—А—В—В—В—

привитые----- --А—А—А—А—А—А—А—А—А—А—А—

I I

В-В-В-В- В-В-В-В-В-

Содержание звеньев каждого из мономеров в макромолекуле определяется соотношением исходных веществ при синтезе сопо­лимера и их реакционной способностью. Свойства сополимеров существенно отличаются от свойств механической смеси отдель­ных полимеров. Синтез сополимеров с разным составом и строе­нием молекулярных цепей обеспечивает большое многообразие свойств получаемых диэлектриков.

Реакцию образования полимера из мономеров называют поли­меризацией.

Полимеризация — это реакция соединения моле­кул мономера в макромолекулы полимера по схеме пА —>Ап, где п — коэффициент полимеризации. Под действием температуры и высокого давления, например при образо­вании полиэтилена, непрочная двойная связь между ато­мами углерода разрывается, и молекулы соединяются друг с другом в цепочку, в которой п >1250, а масса макромо­лекулы М > 35000 а.е.м.

Обычно в результате реакции полимеризации получают линейные полимеры. Они эластичны, могут образовывать гибкие и прочные волокна и пленки, легко размягчаются и расплавляются. Благодаря таким свойствам их называ­ют термопластичными.

Как правило, реакция полимеризации протекает по цепному ме­ханизму. Для начала цепной реакции необходимо, чтобы в исход­ной массе зародились активные частицы. В цепных реакциях одна активная частица вовлекает в реакцию тысячи неактивных моле­кул, образующих длинную цепь. Первичными активными центра­ми являются свободные радикалы и ионы.

Радикалы — это части молекулы, образующиеся при разрыве электронной пары и содержащие неспаренный электрон (напри­мер, метил СН3 —, фенил С6Н5—, этиловая группа С2Н5— и т.д.). Образование первоначальных радикалов и ионов может происхо­дить под действием теплоты, света, различных ионизирующих излучений, специально вводимых катализаторов.

Помимо реакции полимеризации могут быть более сложные случаи образования высокомолекулярных соединений. Такова, например, поликонденсация — реакция образования полиме­ров, при которой происходят отщепление низкомолекуляр­ных продуктов и замещение или обмен между функцио­нальными группами исходных мономеров. В результате поликонденсации получают материалы, которые облада­ют большой жесткостью, нерастворимы, расплавляются при высоких температурах, а многие еще до температуры плавления разрушаются химически, обугливаются или сго­рают. Они не способны к образованию волокон и пленок. Благодаря изменению химического состава исходного мо­номера такие материалы называются термореактивными. Нагревостойкость органических полимеров менее 100 С. Для ее повышения синтезированы фтор- и кремнийорганические соединения. Если в этилене С2Н4 заменить водо­род на фтор, то, поскольку энергия связи C-F значительно больше, чем С-Н, нагревостойкость повышается.

Кремнийорганические соединения содержат силоксановую группу — -Si-0-Si-, в которой свободные связи Si могут быть насыщены органическими радикальными груп­пами СН3 — метила, С2Н5 — этила, С6Н5 — фенила и т.д. Поскольку энергия связи Si-О достаточно прочная, нагре­востойкость кремнийорганических соединений достигает 25О...ЗОО°С.

Наиболее широко в прак­тике поликонденсационного синтеза применяют мономеры с фун­кциональными группами —ОН, —NH2, —СООН. Встречаются реакционные системы, в которых взаимодействие функциональ­ных групп не приводит к образованию побочных низкомолеку­лярных продуктов. К таким системам относится, в частности, эпок­сидная смола.

Поликонденсация может протекать как в присутствии, так и в отсутствие катализатора. Полимеры, полученные путем поликон­денсации, как правило, обладают пониженными электрическими свойствами по сравнению с материалами, получаемыми по реак­ции полимеризации. Основной причиной этого является наличие в поликонденсационных диэлектриках остатков побочных низко­молекулярных веществ (воды, кислот, спирта), которые распада­ясь на ионы, увеличивают проводимость материала. Кроме того, молекулы конденсационных полимеров содержат полярные груп­пы, которые увеличивают диэлектрические потери и гигроско­пичность материала.

Для некоторых сравнительно давно полученных высокомоле­кулярных соединений при всем разнообразии их происхождения и свойств в обиходе и технической документации сохранилось еще прежнее название искусственных смол.

Путем поликонденсации получают фенолоформальдегидные и полиэфирные смолы, а также полиамиды, полиуретаны, поли­карбонаты и др. К числу веществ, получаемых по реакции поли­меризации, кроме полиэтилена, относятся полистирол, полипро­пилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полиметакри-латы и др.

В зависимости от про­странственной структуры макромолекул полимеры подразделяются на два основных типа — линейные и пространственные.

В линейных полимерах макромолекулы представляют собой цепочечные по­следовательности повторяющихся звеньев. Молекулы линейных полимеров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса.

В пространственных полимерах макромолекулы связаны в об­щую сетку, что приводит к неограниченному возрастанию моле­кулярной массы, которая характеризует уже не отдельную макро­молекулу, а некоторую область полимера. В таких пространствен­но-структурированных материалах отдельные макромолекулы те­ряют индивидуальность. Поэтому иногда пространственные поли­меры называются полимерными телами.

Между свойствами линейных и пространственных полимеров имеются существенные отличия. Как правило, линейные полиме­ры сравнительно гибки и эластичны, большинство из них при умеренном повышении температуры легко размягчается и расплав­ляется. Пространственные полимеры обладают большой жестко­стью, расплавление их происходит при высоких температурах, а многие из них до достижения температуры плавления разрушают­ся химически (сгорают, обугливаются, разлагаются и т.п.).

В связи с такими свойствами линейные полимеры в практике называются термопластичными материалами, а пространственные — термореактивными. Название последних происходит от высокой реакционной способности макромолекул, которая резко возра­стает при нагревании. В таких веществах молекулы активно взаи­модействуют не только друг с другом, но и с поверхностями ино­родных тел. Поэтому термореактивные полимеры в отличие от тер­мопластичных обладают высокой адгезионной способностью, что позволяет использовать их в качестве защитных покрытий, клеев и связующих веществ в композиционных пластмассах. В частно­сти, полимерные материалы широко применяют для герметиза­ции изделий электронной техники, а также при создании элект­роизоляционных и влагозащитных покрытий поверхностей полу­проводниковых приборов и интегральных схем.

Благодаря слабому молекулярному взаимодействию линейные полимеры в большинстве случаев обладают способностью набу­хать и растворяться в подходящих по составу растворителях с об­разованием вязких растворов, из которых затем получают про­чные пленки и волокна. Пространственные полимеры с трудом поддаются растворению, а значительная часть из них нераствори­ма. Типичными пространственными полимерами являются фено­лоформальдегидные и эпоксидные смолы, сильно вулканизиро­ванный каучук (эбонит, эскапон).

Промежуточными свойствами по отношению к линейным и пространственным структурам обладают разветвленные полиме­ры. Примерами веществ с разветвленными макромолекулами могут служить привитые сополимеры, полиэтилен, полученный при высоком давлении и др.

Деформационные свойства таких материалов определяются аморфными сочленяющими участками, состоящими из сшивающих («проходных») макромолекул. Их доля редко превышает 30%, а из этих 30 % примерно лишь десятая часть непосредственно реа­гирует на нагрузку. Именно по этой причине реальная механичес­кая прочность аморфно-кристаллических полимеров намного мень­ше прочности монокристаллов.

Аморфные полимеры характеризуются отсутствием трехмерного дальнего порядка в расположении макромолекул, хотя и в этом случае полимеры не являются полностью неупорядоченными (на­пример, возможно образование пачек, глобул и других надмоле­кулярных структур). Элементы упорядоченности в аморфных средах носят флуктуационный характер, т.е. они постоянно разруша­ются в одних местах и образуются в других. Время их существова­ния зависит от температуры. Если не учитывать флуктуирующую надмолекулярную структуру, то для аморфных полимеров подхо­дящей оказывается модель хаотически переплетенных молекуляр­ных цепей.

В зависимости от температуры аморфные полимеры могут на­ходиться в трех физических состояниях, существенно различа­ющихся по термомеханическим свойствам. С каждым из трех состояний свя­зан определенный комплекс физических свойств, и каждому со­стоянию соответствует своя область технического и технологиче­ского применения.

1. Стеклообразное состояние. Материал в этом состо­янии имеет внутреннюю структуру жидкости и механические свой­ства твердого тела. Подобно твердому телу полимер в стеклообраз­ном состоянии обладает устойчивостью формы, жесткостью и хруп­костью. Даже при весьма больших механических напряжениях он лишь незначительно деформируется перед разрушением. Темпе­ратуру, при которой полимер в процессе нагревания перестает быть стеклообразным или, наоборот, при которой он переходит в стеклообразное состояние, называют температурой стеклования Тс. Ниже температуры стеклования процессы структурной релак­сации тормозятся огромной вязкостью среды и малой подвижно­стью молекул.

2. Высокоэластичное состояние. В этом состоянии у полимеров наблюдается большая обратимая деформация при срав­нительно небольших механических напряжениях. Высокоэластич­ная деформация связана с ориентацией и перемещением звеньев гибких цепей при незначительных изменениях межатомных рас­стояний в молекулах и слабой деформации валентных углов.

Полимеры, которые находятся в высокоэластичном состоянии в условиях их эксплуатации, называются эластомерами. Типичны­ми примерами эластомеров являются каучуки и резины. Такие материалы способны восстанавливать свою форму после снятия нагрузки, как это свойственно упругим твердым телам. Как пра­вило, эластомеры обладают небольшим модулем упругости и хо­рошими амортизирующими свойствами. Каучуки могут удлинять­ся при растяжении почти в 10 раз.

Состояние высокой эластичности является промежуточным между жидкостью и твердым телом. Перемещение участков цепей под влиянием теплового движения приближает это состояние к жидкому, а связи между молекулами, препятствующие переме­щению целых цепочек, роднят его с твердым телом. При нагрева­нии вещества, находящегося в высокоэластичном состоянии, до определенной температуры силы сцепления между макромолеку­лами исчезают, они получают возможность перемещения друг относительно друга. В результате полимер переходит в состояние текучести. Температура, при которой совершается такой переход, называется температурой текучести Тт.

3. Вязкотекучее состояние. Это одно из структурно-жидких состояний полимеров, при котором воздействие механи­ческих сил приводит преимущественно к развитию необратимых (пластических) деформаций. Текучесть системы зависит от вязко­сти вещества, которая, в свою очередь, характеризует внутреннее трение и сопротивление деформированию среды. При переходе от стеклообразного состояния в текучее или наоборот вязкость раз­личных систем может изменяться на несколько порядков. Необра­тимость деформаций вязкой среды в состоянии текучести и фик­сация формы при последующем охлаждении материала использу­ется в технике при формовке изделий из термопластичных поли­меров.

Аморфно-кристаллические полимеры по термомеханическим свойствам во многом подобны аморфным материалам. В частно­сти, они также обладают способностью к большим обратимым деформациям в определенном интервале температур (интервале размягчения). Высокоэластичная деформация таких материалов обусловлена «распрямлением» спутанных молекулярных цепей в аморфных межкристаллитных прослойках. Вследствие разной длины цепочек наиболее нагруженными при растяжении оказываются самые короткие из них. Именно эта не­равномерность распределения нагрузки между молекулярными цепями и является причиной низкой механической прочности линейных полимеров.

С увеличением степени кристалличности полимеров или числа сшивок (поперечных мостиков) между макромолекулами происходит ужесточение цепей и постепенно утрачивается способность к большим необратимым деформациям. Соответственно сглажи­ваются границы между тремя различными физическими состо­яниями. Пространственные полимеры на высокой стадии полимеризации полностью инертны к измене­ниям температуры окружающей среды.

Твердые линейные полимеры обладают еще одной важной осо­бенностью. В отличие от обычных твердых тел они при больших механических напряжениях подвергаются так называемому холод­ному течению или вынужденной эластической деформации, кото­рая приводит к формированию ориентированного состояния по­лимеров. При деформировании полимеров происходит изменение взаимного расположения молекул, форм надмолекулярной орга­низации. Ориентация элементов структуры в направлении дей­ствия силы приводит к появлению анизотропии свойств.

Одним из основных способов улучшения механических свойств линейных полимеров является их вытяжка, которая может быть одноосной, двухосной, плоскосимметричной и др. Одноосное ори­ентирование используют для получения высокопрочных полимер­ных волокон, а плоскосимметричную вытяжку применяют для увеличения механической прочности пленок и мембран.

Рассмотрим некоторые примеры линейных полимеров.

Полиэтилен практически безвреден и при эксплуатации не выделяет в окружающую среду веществ, вредных для здоровья человека. Вредное действие могут оказывать лишь продукты его разложения. Для всех видов полиэтилена характерно слабое изме­нение свойств в широком диапазоне температур и частот. Свой­ства полиэтилена можно модифицировать смешиванием его с дру­гими полимерами или сополимерами. Одним из наиболее про­грессивных методов обработки полиэтилена является радиацион­ное сшивание его цепей, происходящее под действием пучков ускоренных электронов. Облучение полиэтилена приводит к за­метному повышению его механической прочности, модуля упру­гости, термостойкости, а также химической стойкости к раство­рителям.

Полипропилен относится к числу линейных термопла­стичных полимеров изотактического типа, которые отличаются регулярностью строения молекулярных цепей. В изотактическом полипропилене все органические радикалы СН3 расположены по одну сторону от плоскости основной углеродной цепи:

В молекуле метана СН4 вследствие симметричности ее стро­ения электрический момент метильной группы СН3 уравновеши­вается электрическим моментом углеводородной связи СН. Имен­но поэтому в молекуле пропилена СН2=СНСН3 происходит ком­пенсация дипольных моментов отдельных связей несмотря на от­сутствие строгой симметрии в расположении атомов.

По своим физическим и химическим свойствам полипропилен очень близок к полиэтилену, но в сравнении с ним обладает мень­шей теплопроводностью, несколько большей нагревостойкостью, хуже переносит низкие температуры, более стоек, чем полиэти­лен, к истиранию и многократным изгибам. Наряду с этим он отличается от полиэтилена большей стойкостью к органическим растворителям (особенно к углеводородным) и более высокой чувствительностью к действию кислорода, особенно при повы­шенных температурах. Поэтому в процессе переработки полипро­пилена в него надо обязательно добавлять стабилизаторы.

Полистирол получают из мономера стирола СН2=СНС6Н5, который представляет собой легкую бесцветную синтетическую жидкость с характерным запахом. Полистирол легко перерабаты­вается в изделия обычными методами, характерными для термо­пластов, но наиболее широко — литьем под давлением. Строение макромолекул полистирола отражает следующая химическая фор­мула:

Стирол может самопроизвольно полимеризоваться при ком­натной температуре во время хранения. Чтобы исключить этот нежелательный процесс, в жидкую массу добавляют специальные вещества, замедляющие реакцию полимеризации. Такие вещества получили название ингибиторов. Неравномерная полимеризация вызывает появление внутренних напряжений в материале. Поэто­му у изделий из полистирола может наблюдаться образование тон­чайших трещин. Чтобы предотвратить это явление и уменьшить хрупкость полистирола, к нему иногда добавляют некоторые виды синтетических каучуков. Еще одним недостатком полистирола яв­ляется низкая устойчивость к действию органических растворите­лей. Толуол, бензол, четыреххлористый углерод легко растворяют этот полимер. Этот недостаток удается существенно ослабить пу­тем синтеза сополимера стирола с мономерами виниловой груп­пы.

Несмотря на то что молекула стирола имеет несимметричное строение, она тем не менее почти неполярна, поскольку дипольный момент углеводородной связи уравновешивается дипольным моментом фенильной группы С6Н5. Подобная ситуация является следствием симметрии молекулы бензола С6Н6.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) в отечественной прак­тике часто называют фторопластом. Широкое распространение получило также американское название тефлон. Этот полимер по­лучают эмульсионной полимеризацией тетрафторэтилена F2C=CF2 в присутствии инициаторов. Макромолекула ПТФЭ имеет регу­лярное симметричное строение

Такие регулярность и симметрия в расположении звеньев мо­лекулярной цепи обеспечивают неполярные электрические свой­ства и высокую степень кристалличности получаемого полимера (до 90 %). Для технических целей используют ПТФЭ с молеку­лярной массой от нескольких сотен тысяч до 10 млн. Среди всех органических полимеров ПТФЭ выделяется высокой нагревостойкостью (около 300 °С) и очень высокой стойкостью к дей­ствию химических реактивов. Так, на него не действуют концен­трированные серная, соляная, азотная и плавиковые кислоты, щелочи, сильные окислители и другие агрессивные среды. Он устойчив к длительному воздействию морского тумана, солнеч­ной радиации, плесневых грибков, тропического климата. Неко­торое действие на него оказывают лишь расплавленные щелоч­ные металлы и атомарный фтор при повышенных температурах. По стойкости к химически активным веществам ПТФЭ превос­ходит золото и платину.

Высокие нагревостойкость и химическую стойкость фторопла­ста по сравнению с углеводородами можно объяснить тем, что атомы фтора более крупные, чем атомы водорода. Поэтому они создают сильное поле, экранирующее углеродный скелет от внеш­него воздействия. Сама оболочка из атомов фтора также проявля­ет инертность по отношению к внешним воздействиям из-за боль­шой энергии связи С — F.

Фторопласт обладает также высокой радиационной стойкостью и применяется для изготовления проводов, используемых на атом­ных электростанциях. Такие провода не боятся попадания масел, керосина и гидравлических жидкостей даже при повышенных тем­пературах. Поэтому их широко применяют для изоляции бортовых кабелей.

При нагревании до температуры 415 С ПТФЭ разлагается с выделением ядовитого газа — фтора. Но даже при этой температу­ре полимер не переходит в вязкотекучее состояние. Поэтому обы­чные методы формовки термопластичных масс для ПТФЭ непри­годны.

Все неполярные полимеры характеризуются небольшой ди­электрической проницаемостью, малыми диэлектрическими по­терями в диапазоне радиочастот, высокой электрической проч­ностью и весьма высоким удельным сопротивлением. Диэлектричес­кая проницаемость неполярных полимеров в основном определя­ется электронной поляризацией. Поэтому значение е не зависит от частоты и слабо уменьшается с повышением температуры, что находится в соответствии с уменьшением плотности полиме­ра при нагревании. Температурный коэффициент диэлектричес­кой проницаемости неполярных полимеров отрицателен по знаку и близок по численному значению удвоенному коэффициенту линейного расширения.

Благодаря малым потерям неполярные полимеры широко при­меняются в технике высоких и сверхвысоких частот. Примерно 20 % производства полиэтилена потребляет кабельная промыш­ленность. Его используют для изоляции силовых кабелей с напря­жением от 220 до 3 000 В, а также для изоляции радиочастотных, телевизионных, подводных кабелей, кабелей телефонной связи. Полиэтилен хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для влагозащитных кабельных оболочек. В кабельной промышлен­ности применяется главным образом полиэтилен высокого давле­ния благодаря своей более высокой эластичности.

Тонкие пленки из полистирола и политетрафторэтилена приме­няются для изготовления термостабильных высокочастотных кон­денсаторов с достаточно большой емкостью и весьма высоким со­противлением изоляции. Ценным свойством таких пленок является высокая электрическая прочность, достигающая 200...250 МВ/м.

Полиэтилен благодаря химической инертности используется как вспомогательный материал в технологии полупроводников. В частности, из него изготавливают соединительные шланги в ус­тановках для очистки различных газов, трубопроводы для подачи и разлива особо чистой воды. Широко распространена полиэтиле­новая посуда для хранения чистых химических реактивов.

У полярных линейных полимеров из-за асимметрии стро­ения молекул сильно выражена дипольно-релаксационная поля­ризация. Поэтому они обладают пониженными электроизоляци­онными свойствами по сравнению с неполярными полимерами, особенно на высоких частотах. Наиболее распространенными ма­териалами этой группы являются поливинилхлорид, полиэтилен-терефталат и полиамидные смолы.

Поливинилхлорид (ПВХ) — твердый продукт полиме­ризации газообразного винилхлорида Н2С=СН —С1, представля­ющего собой этилен, в молекуле которого один атом Н замещен атомом С1. Название винилхлорид от слова «винил» для группы ато­мов Н2С=СН— (по этой логике стирол может быть назван винил-бензолом).

Поливинилхлорид имеет состав (С2Н3С1)Я и следующее строе­ние:

Из-за сильных полярных межмолекулярных связей, прочно сцепляющих молекулярные цепи, поливинилхлорид является ма­териалом жестким и негибким. Температура текучести ПВХ тем выше, чем ниже температура полимеризации. Для придания пластичности к ПВХ добавляют пластификаторы, в качестве ко­торых используют органические полярные жидкости с высокой температурой кипения. Пластификатор раздвигает молекулярные цепи, ослабляет взаимодействие между ними, благодаря чему макромолекулы приобретают возможность перемещаться друг от­носительно друга; иными словами, пластификатор играет роль своеобразной «молекулярной смазки». Введение полярного плас­тификатора приводит к значительному снижению удельного со­противления и возрастанию диэлектрических потерь. В зависимос­ти от количества введенного пластификатора и характера перера­ботки ПВХ из него получают винипласты, пластикаты, пенопласты или электроизоляционные лаки.

Полиэтилентерефталат (лавсан) — это термопласти­чный полимер, получаемый из этиленгликоля и терефталевой кис­лоты и имеющий строение

 

...-СН2-СН2-О-СО-С6Н4-СО-О-СН2-СН2-...

 

Он обладает значитель­ной механической прочностью и относительно высокой темпера­турой размягчения. По электрическим свойствам лавсан относит­ся к группе дипольных диэлектриков. Он применяется для изго­товления волокон, пленок и для других целей. При повышенных температурах лавсан быстро окисляется на воздухе, так что обра­ботку размягченного разогревом материала производят в атмос­фере нейтрального газа (азота).

Полиамидные смолы также имеют линейное строение молекул и являются термопластичными веществами. Они отлича­ются высокой механической прочностью и эластичностью, ра­створимы лишь в незначительном числе растворителей (в частно­сти, в крезоле и расплавленном феноле). Эти смолы применяются для изготовления искусственных волокон и пластических масс. Из этих смол особенно распространен капрон, строение которого вы­ражается формулой

 

...-(CH2)5-CO-NH-(CH2)5-CO-NH-(CH2)S-...

 

Полиамиды стареют под действием света, влаги, температур­ных изменений. Это проявляется в ухудшении пластичности, сни­жении механической прочности. Полиамидам присуща относитель­но высокая гигроскопичность, легкая деформируемость при по­вышенных температурах.

У всех полярных полимеров диэлектрическая проницаемость уменьшается с ростом частоты и сложным образом зависит от температуры. Диэлектрические потери определяются процесса­ми дипольно-сегменталъной и диполъно-групповой релаксации, след­ствием чего является наличие максимумов в температурной за­висимости. При повышенных температурах, ког­да полимер находится в пластичном состоянии, существенную роль начинают играть потери, обусловленные электропроводно­стью.

Полярные полимеры, по сравнению с неполярными, харак­теризуются примерно на два порядка большим значением tgδ и заметно меньшим удельным объемным сопротивлением. Поэто­му они используются в основном как изоляционные и конструк­ционные материалы в диапазоне относительно низких частот. Следствием полярности является сильная зависимость удельно­го поверхностного сопротивления от влажности окружающей среды.

Поливинилхлоридный пластикат получил широкое примене­ние в производстве монтажных проводов благодаря гибкости, достаточной прочности и высокой производительности наложе­ния изоляции. Из непластифицированного ПВХ изготовляют из­делия, способные работать в химически агрессивных средах. Плен­ки из полиэтилентерефталата (лавсана) используются в качестве несущей основы при изготовлении ленты магнитной записи. Из этого материала можно получать тонкие пленки для межслойной изоляции в обмотках трансформаторов, дросселей и других по­добных изделий, рассчитанных на рабочую температуру от -60 до +150 °С. Конденсаторы на основе лавсановых пленок обладают более высокими предельными температурами (до 150 °С) по срав­нению с бумажными конденсаторами и меньше последних по размерам.

Следующая категория полимеров - Композиционные порошковые пластмассы.Они предназначены для изготовления изделий методом горячего прессования или ли­тья под давлением, состоят из связующего вещества (искусствен­ные смолы — пространственные или линейные полимеры) и на­полнителей (древесная мука, кварцевый песок, бумага, слюдяная крошка, каолин, асбестовое или стеклянное волокно и т.д.). Кро­ме того, в пластмассу добавляют красители, стабилизаторы и пла­стификаторы.

Наполнитель удешевляет пластмассу, улучшает ее механические (а иногда и электрические) свойства. Стабилизаторы повышают ее стойкость к термоокислительным процессам, воздействию излуче­ний и микроорганизмов, а пластификаторы уменьшают хрупкость изделий, способствуют улучшению технологических параметров формуемой композиции. При массовом производстве изделий оди­наковой формы и размеров применение пластических масс позво­ляет обеспечить высокую производительность труда.

В качестве связующих веществ используются фенолоформальдегидные, анилиноформальдегидные, крезолоформальдегидные, карбамидоформальдегидные, меламиноформальдегидные, кремнийорганические и другие смолы. Изделия на основе фенолоформалдегидных смол часто называются фенопластами. В зависимо­сти от соотношения между компонентами и условий синтеза мо­гут быть получены пластмассы как с термопластичными, так и с термореактивными свойствами (термопласты и реактопласты).

Фенолоформальдегидные смолы синтезируют путем реакции поликонденсации, происходящей при взаимодействии водного раствора фенола С6Н5ОН с формалином (т. е. водным ра­створом формальдегида СН2О) в присутствии катализатора. Если в ходе реакции обеспечивается избыток формальдегида, то полу­чается термореактивная смола, называемая бакелитом. Последний имеет несколько стадий полимеризации, причем в начальной ста­дии, называемой резолом, бакелит еще обладает плавкостью и легко растворяется в спирте.

При дальнейшем нагревании резол подвергается дополнитель­ной полимеризации и переходит в неплавкую стадию — резит. В этой стадии полимеризации бакелит обладает пространственной струк­турой, повышенной механической прочностью, улучшенными электроизоляционными свойствами, практически нерастворим ни в воде, ни в спирту, ни в каких-либо органических раствори­телях. В электронике фенолоформальдегидные смолы широко при­меняются для изготовления слоистых пластиков и электроизоля­ционных покрытий. Все разновидности бакелита относятся к сильнополярным диэлектрикам из-за наличия в макромолекулах гидроксильных групп —ОН.

При замене фенола (в реакции с формальдегидом) анилином C6H5NH2 получают анилиноформальдегидные смолы (аминопласты). Их полярные свойства выражены менее сильно в сравнении с фенопластами, так как аминная группа —NH2 об­ладает меньшим дипольным моментом, нежели гидроксильные комплексы --ОН. Благодаря меньшей полярности аминопласты выделяются улучшенными электрическими свойствами среди прочих композиционных пластмасс. Они также ценны еще и тем, что позволяют придавать изделиям любую яркую окраску, тог­да как фенопласты из-за темно-коричневого цвета самой фено-лоформальдегидной смолы могут принимать только темные цве­та.

Использование кремнийорганических смол позволяет получать пластмассы с нагревостойкостью до 300 °С и более. Эти вещества отличаются повышен­ной химической стойкостью, малой гигроскопичностью, они прак­тически не смачиваются водой. Однако кремнийорганические ма­териалы сравнительно дороги, кроме того, они, как правило, име­ют невысокую механическую прочность.

Тип связующего вещества определяет особенности технологии изготовления изделий из пластических масс. Исходное сырье тща­тельно измельчается и перемешивается. Изготовленный таким об­разом пресс-порошок идет на формовку изделий. Формование тер­мореактивных пластмасс обычно проводят путем прессования в стальных пресс-формах с помощью гидравлических прессов. Если требуется одновременно нагрев и давление, то пластины пресса или сама пресс-форма снабжаются электронагревательным уст­ройством.

Композиционные пластмассы широко применяются в качестве электроизоляционных и конструкционных материалов. В частно­сти, из них изготовляют корпусы радиоприемников, телевизо­ров, музыкальных центров, компьютерных мониторов, телефо­нов, а также клавиатуры, штепсельные разъемы, разного рода выключатели и ручки управления и др. Изготовление таких изде­лий обычной механической обработкой было бы весьма трудоемко, а формование из пластмассы позволяет получать их за одну технологическую операцию.

Разновидностью композиционных пласт­масс являются слоистые пластики, в которых в качестве наполни­теля используют листовые волокнистые материалы. К слоистым пластикам относят гетинакс, текстолит и стеклотекстолит.





Читайте также:
Что входит в перечень работ по подготовке дома к зиме: При подготовке дома к зиме проводят следующие мероприятия...
Как оформить тьютора для ребенка законодательно: Условием успешного процесса адаптации ребенка может стать...
Основные идеи славянофильства: Славянофилы в своей трактовке русской истории исходили из православия как начала...
Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.036 с.