Неорганические и органические диэлектрики

Большое практическое значение имеет разделение диэлектриков на органические и неорганические. Под органическими материалами подразумевают соединения углерода, содержащие обычно водород, кислород, азот и другие элементы. Прочие вещества относят к неорганическим, содержащим также кремний, алюминий и другие металлы.

Существуют также материалы со свойствами, промежуточными между свойствами органических и неорганических диэлектриков. К ним относят элементоорганические материалы, в молекулы которых с атомами углерода входят атомы элементов, более характерных для неорганических материалов (кремний, алюминий, фосфор и др.).

Более подробно рассмотрим жидкие и твёрдые диэлектрики.

Жидкие диэлектрики предназначаются для пропитки электрической изоляции с целью повышения её электри­ческой прочности и отвода тепла в процессе конвекции, для дугогашения в масляных выключателях, заливки маслонаполненных вводов, реакторов, реостатов и других элек­троаппаратов.

По химической природе жидкие диэлектрики принято разделять на нефтяные масла (трансформаторное конден­саторное, кабельное) и диэлектрические жидкости(хлорированные и фторированные углеводороды, кремний - или фторорганические жидкости и некоторые другие).

Нефтяные масла. Они получаются фракционной перегон­кой нефти. Выделенные фракции представляют собой слож­ную смесь углеводородов парафинового, нафтенового и аро­матического рядов с небольшой примесью других компонен­тов, содержащих атомы серы, кислорода и азота. Нефтяные масла, в которых преобладают нафтеновые углеводороды, называют нафтеновыми. Среди трансформаторных масел на их долю приходится (75 – 80) %. Необходимой составной час­тью электроизоляционных нефтяных масел являются так­же ароматические углеводороды, содержание которых огра­ничивается определенным оптимальным значением [обычно (10 – 12) %], обеспечивающим наибольшее увеличение срока службы. Излишнее количество ароматических углеводоро­дов увеличивает тангенс угла диэлектрических потерь tg d .

Чтобы получить трансформаторное масло, пригодное для применения, необходимо очистить масляный дистиллят, который остается после отгонки от нефти легких нефтепро­дуктов: бензина, керосина, лигроина.

Дистиллят очищают серной кислотой, затем нейтрализуют щёлочью, промывают водой и сушат при температуре (75 – 85) °С, продувая через него воздух. Для очистки от приме­сей и механических загрязнений масла фильтруют через ад­сорбенты – вещества, имеющие сильно развитую поверхность.

Свежее трансформаторное (конденсаторное) масло имеет обычно соломенно-желтый цвет, причём, чем глубже очист­ка, тем светлее масло. Масла, бывшие в эксплуатации, из-за накопления продуктов окисления имеют тёмный цвет.

Конденсаторное масло получают из высококачественной не­фти или в результате дополнительной очистки адсорбентами трансформаторного масла. Операцию очистки конденсатор­ного масла кислотой и щёлочью проводят так же, как и трансформаторного, но более длительно и тщательно.

Так как нефтяные электроизоляционные масла являют­ся горючими жидкостями, то они представляют собой боль­шую пожарную опасность в масляных хозяйствах энерго­систем, где часто используются тысячи тонн масла. Поэтому правила пожарной безопасности при работе с маслонаполненным оборудованием должны тщательно соблюдать­ся. Пожарная опасность оценивается по температуре вспыш­ки паров трансформаторного масла в смеси с воздухом, ко­торая не должна быть ниже (135 – 140) °С. В тех случаях, когда трансформаторное масло применяется в масляных выключателях высокого напряжения, важным параметром масла является температура застывания.Масло в этих электрических аппаратах служит для охлаждения канала дуги и быстрого её гашения при размыкании контактов.

Обычное трансформаторное масло имеет температуру засты­вания примерно (– 45) °С, а специальное «арктическое» масло, предназначенное для работы на открытых подстанциях в рай­онах Крайнего Севера, – (– 70) °С.

Важной характеристикой масла является кинематичес­кая вязкость при температуре 20 и 50 °С, так как при уве­личении вязкости сверх допустимых пределов хуже отво­дится теплота от обмоток и магнитопровода трансформато­ра, что может привести к сокращению срока службы элек­трической изоляции. Стандартом нормировано также кис­лотное число.

Способность масла отводить теплоту от магнитопровода и обмоток погруженного в него трансформатора зависит от удельной теплоёмкости, равной при нормальной темпера­туре примерно 1,5 Дж/(кг·К), коэффициента теплопро­водности – примерно 1 Вт/(м·К). Обе эти характеристики при росте температуры увеличиваются.

По своим диэлектрическим характеристикам хорошо очищенное от примесей и влаги трансформаторное масло облада­ет свойствами неполярного диэлектрика. Значение диэлект­рической проницаемости при температуре окружающей среды 20 °С равно (1,2 – 2,3), tgδ при частоте 50 Гц для трансформа­торного масла не должен превышать 0,003. Значение tg d определяется проводимостью и зависит от степени очистки трансформаторного масла. Получение масел с пониженными диэлектрическими потерями [значение tgδ примерно (0,002 – 0,0005)] для кабелей и конденсаторов требует очень хорошей очистки с применением адсорбентов.

Важной характеристикой масла является его электри­ческая прочность, которая чрезвычайно чувствительна к увлажнению. Правила технической эксплуатации электро­станций (ПТЭ) предусматривают определённые нормы электрической прочности для чистого и сухого трансформатор­ного масла, приготовленного для заливки в аппарат, и для масла, находившегося в эксплуатации.

Для повышения устойчивости масел к процессам старе­ния их состав подбирают таким образом, чтобы в нём не содержалось естественных катализаторов окисления и со­хранялись соединения, замедляющие окисление. Такие ве­щества называются ингибиторами. В масла вводят синте­тические ингибиторы – ионол, ДВРС в концентрации от 0,1 до 0,5%. Введение ионола замедляет процесс старения масла в (2 – 3) раза.

Синтетические жидкие диэлектрики. Эти диэлектрики применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить длительную и надёжную работу высоковольтных электри­ческих аппаратов при повышенных тепловых нагрузках и напряжённости электрического поля, в пожароопасной или взры­воопасной среде. Жидкие диэлектрики находят примене­ние для заливки герметичных кожухов, в которых распо­лагаются блоки электронной аппаратуры.

Наибольшее применение получили синтетические жид­кости на основе хлорированных углеводородов, что связано с их высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью, повышенным значением диэлектрической проницаемости и относительно невысокой стоимостью. Если цену нефтяного масла принять равной единице (по зарубежным данным), то стоимость хлориро­ванных углеводородов по отношению к маслу равна (4 - 10), кремнийорганических жидкостей – от 80 до 370, фторорганических жидкостей – до 1150. Однако в связи с ток­сичностью хлорированных углеводородов их применение сначала ограничили, а затем запретили, хотя в эксплуата­ции они ещё имеются.

Хлорированные углеводороды можно получить хлориро­ванием дифенила. При этом можно получать продукты с различной степенью хлорирования: три-, тетра-, пента- и гексахлордифенилы. По мере увеличения степени хлори­рования растут молекулярная масса, плотность, вязкость, температура застывания и кипения. Возрастает и экологи­ческая опасность, поэтому в конденсаторах пентахлордифенил (совол) был заменен трихлордифенилом, хотя он име­ет повышенную вязкость при низких температурах.

Электрическая прочность большинства жидкостей на ос­нове хлорированных углеводородов при температуре среды    20 °С не превышает (18 – 22) МВ/м.

Все жидкости на основе хлорированных дифенилов яв­ляются токсичными и биологически вредными соединени­ями. При их использовании необходимо соблюдать прави­ла техники безопасности и промышленной санитарии.

Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений (полиорганосилоксанов). Они не токсичны и экологически безопасны. Эти жидкости представляют со­бой полимеры с низкой степенью полимеризации, в моле­кулах которых содержится повторяющаяся силоксанная группировка, атомы кремния которой связаны с органичес­кими радикалами.

Полиорганосилоксановые жидкости используют в импульсных трансформаторах, специальных конденсаторах, блоках радио- и электронной аппаратуры и в некоторых других случаях.

Жидкие диэлектрики на основе фторорганических соеди­нений. Эти диэлектрики отличаются негорючестью, высокой химической и термической стабильностью, высокими элект­рофизическими и теплопередающими свойствами. По хими­ческому составу они представляют собой углеводороды, ами­ны, эфиры и другие соединения, в которых атомы водорода частично или полностью замещены атомами фтора или хло­ра (в хлорфторорганических соединениях). Если атомы во­дорода полностью замещены атомами фтора, то такие соеди­нения называются перфторированными. Некоторые фторуглеводороды и фторхлоруглеводороды нашли применение в качестве хладагентов и получили название хладонов(рань­ше их называли фреонами). Некоторые сорта хладонов по­лучили применение в качестве жидких диэлектриков.

Фторуглеводородные жидкости получили применение для заполнения небольших трансформаторов, блоков электрон­ного оборудования и других электрических аппаратов в тех случаях, когда рабочие температуры велики для других видов жидких диэлектриков. Некоторые перфорированные жидкие диэлектрики могут использоваться для создания испарительного охлаждения в силовых трансформаторах.

По диэлектрическим свойствам фторированные углево­дороды могут быть отнесены к неполярным соединениям. Так, для хладона-112, хладона-113, хладона-114 [значение tgδ=(0,0001 - 0,0002), U _np= (28 - 49) Кв].

Смесь хладонов с воздухом взрывобезопасна. Хладоны при­знаны нетоксичными соединениями, однако в помещении, заполненном их парами, возможна смерть от удушья, выз­ванного недостатком кислорода. При высоких температурах хладоны разлагаются с выделением токсичных продуктов.

Полимеры, получаемые полимеризацией. Полимеризациейназывают реакцию образования полимера из молекул мономера без выделения низкомолекулярных побочных про­дуктов. При этой реакции в мономере и элементарном звене полимера соблюдается одинаковый элементный состав.

Наиболее распространённой разновидностью реакции полимеризации является цепная полимеризация, при которой макромолекула образуется по цепному механизму путём последовательного присоединения молекул мономеров к растущей цепи. Соединения двойными связями, как пра­вило, полимеризуются по цепному механизму.

Линейные неполярные полимеры. К неполярным полиме­рам с малыми диэлектрическими потерями относятся поли­этилен, полистирол, полиизобутилен, полипропилен, политет­рафторэтилен. Эти полимеры имеют наибольшее техническое значение из материалов, получаемых полимеризацией.

Полиэтилен получают при высоком, среднем и низком давлении полимеризацией этилена в присутствии катализаторов. Полиэтилен – кристаллизующийся полимер, степень кристалличности которого при комнатной температуре до­стигает (50 – 90)% в зависимости от способа получения. От других термопластов отличается весьма ценным комплек­сом свойств. Для полиэтилена характерны высокая проч­ность, стойкость к действию агрессивных сред и радиации, хорошие диэлектрические свойства, нетоксичность.

Выпускаемый в промышленности полиэтилен в зависимос­ти от способа получения различается по плотности, молеку­лярной массе и степени кристалличности. Плотность поли­этилена (910 – 970) кг/м³, температура размягчения (110 – 130) °С.

Наибольшей степенью кристалличности, плотности и температурой размягчения обладает полиэтилен низкого и среднего давления (полиэтилен высокой плотности). Полиэтилен, получаемый при высоком давлении, имеет меньшую плотность. Изделия из полиэтилена могут эксплуатироваться в суровых климатических условиях.

Полиэтилен применяется как электроизоляционный ма­териал в электротехнике и радиоэлектронике, кабельной промышленности, строительстве, в качестве антикоррози­онных покрытий и т. д. Полиэтилен всех марок является физиологически безвредным, поэтому получил широкое применение в производстве бытовых товаров.

Полистирол получают полимеризацией мономерного сти­рола. Аморфный полистирол получают в виде эмульсий, суспензий или растворов, а изотактический – при исполь­зовании специальных катализаторов. Полистирол – тер­мопластичный материал с высокими диэлектрическими свой­ствами. Для электротехнических целей в основном приме­няется блочный полистирол; эмульсионный – имеет худшие диэлектрические показатели и используется для изготов­ления плиточных пенопластов конструкционного назначе­ния; изотактический – из-за трудностей переработки в изде­лия промышленностью не выпускается.

Полистирол химически стоек, устойчив к воздействию влаги, растворяется в ароматических и хлорированных уг­леводородах, простых и сложных эфирах. К недостаткам полистирола относятся низкая механическая прочность и невысокая теплостойкость.

Блочный полистирол прозрачен, бесцветен, пропускает 90% видимой части света и называется органическим стеклом.

Из полистирола получают полистирольную пленку толщи­ной 10... 100 мкм, называемую стирофлексом.Пленка отли­чается большой прочностью, высокими диэлектрическими показателями и применяется в конденсаторной технике.

Полистирол широко применяется для изготовления дета­лей электро- и радиоэлектронных, приборов, в кабельной про­мышленности как высокочастотный электроизоляционный материал, а также для изготовления полистирольных лаков.

Полиизобутилен – высокомолекулярный продукт с линейным строением молекул, получаемый полимеризацией изобутилена. При изменении молекулярной массы от 1000 до 400 000 можно получать различные виды полиизобутилена – от жидких низкомолекулярных до твёрдых и элас­тичных подобных каучуку, высокомолекулярных веществ. Полиизобутилен типичный неполярный диэлектрик с вы­сокими диэлектрическими свойствами. Эластичность этого полимера сохраняется до температуры (-78) °С и не зависит от его молекулярной массы. Температура плавления полиизобутилена 80 °С.

В чистом виде или чаще в композиции с другими поли­мерами полиизобутилен применяется для изготовления электрической изоляции высокочастотных кабелей (в ком­позиции с полиэтиленом), уплотнителей, изоляционных заливочных компаундов, клеящих материалов, изоляцион­ных лент. Высокие электрические свойства полиизобутилена и его смесь с полистиролом сохраняются при повы­шенной влажности. Жидкие полиизобутилены с молеку­лярной массой от 1500 до 10 000 применяются в качестве пропиточных масс в кабельной технике.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) В России выпускает­ся под названием фторопласт-4 и получается полимеризацией тетрафторэтилена. Степень кристалличности ПТЭФ пример­но 90% [при температуре эксплуатации (50 – 70) °С]. Кристал­лическая структура нарушается при температуре примерно 327 °С, после чего полимер переходит в высокоэластическое состояние, сохраняющееся до температуры разложения (при­мерно 415 °С). Рабочая температура от (–40) до (–200) °С.

Высокая рабочая температура и химическая стойкость выделяют ПТФЭ из других органических полимеров. ПТФЭ не горит и не растворяется в диапазоне рабочих температур ни в одном растворителе, на него не действуют кислоты, щёлочи и другие агрессивные вещества. Превосходя золото и платину по химической стойкости, ПТФЭ не смачивается водой, стоек к воздействию тропического климата и гриб­ковой плесени. Некоторое воздействие на ПТФЭ оказыва­ют лишь расплавленные щелочные металлы и атомарный фтор при повышенных температурах. ПТФЭ имеет исклю­чительно высокие электроизоляционные свойства по срав­нению с другими полимерами.

К недостаткам ПТФЭ относятся ползучесть, возникаю­щая под действием небольших механических нагрузок, низкая устойчивость воздействию электрической короны и радиации.

Обычные для термопластов методы переработки для ПТФЭ непригодны. Изделия из ПТФЭ изготовляются мето­дом спекания. ПТФЭ не склеивается с другими материалами обычными методами, так как имеет плохую адгезию к другим матери­алам, поэтому для склеивания его поверхность подвергают специальной обработке. ПТФЭ применяют в радиоэлектронике, электротехнике для изготовления электрической изоляции проводов, кабе­лей, конденсаторов, трансформаторов, работающих при высоких и низких температурах или в агрессивных средах. ПТФЭ физиологически безвреден, но при температуре выше 250°С из него начинается выделение высокотоксич­ных газообразных продуктов, количество которых резко воз­растает при нагревании до температуры близкой к температуре разложения.

При различных ремонтных и других работах с матери­алами на основе фторопласта не следует забывать, что при высокотемпературной обработке деталей (под влия­нием электрической дуги, нагретого жала паяльника) в ре­зультате деструкции фторопласта–-4 выделяются токсичные газообразные продукты, которые способны вызвать тяже­лые отравления организма человека.

Линейные полярные полимеры.По сравнению с непо­лярными полимерами материалы этой группы обладают большими значениями диэлектрической проницаемости ε = 3–6 и повышенными диэлектрическими потерями  tgδ = (1 - 6)·10^-2 на частоте 1 МГц. Такие свойства обуслов­ливаются асимметричностью строения элементарных зве­ньев макромолекул, благодаря чему в этих материалах воз­никает дипольно-релаксационная поляризация. Удельное поверхностное сопротивление этих материалов сильно за­висит от влажности окружающей среды. К числу этих по­лимеров относятся поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен), полиамидные смолы. Для электротехнических целей эти полимеры при­меняются в основном как изоляционные и конструкцион­ные материалы в диапазоне низких частот.

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой полимер, получаемый полимеризацией хлористого винила с образо­ванием высокомолекулярного соединения.

Молекула хлористого винила асимметрична и поэтому обладает резко выраженными полярными свойствами. ПВХ благодаря высокому содержанию хлора не воспламеняется и не горит. Разложение ПВХ начинается при температуре 170 °С. ПВХ нерастворим в воде, спирте, бензине и многих других растворителях. При нагревании он растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, обладает высокой стойкостью к действию сильных и слабых кислот и щело­чей, смазочных масел.

ПВХ хорошо совмещается с пластификаторами, которые улучшают его эластичность, но несколько ухудшают диэ­лектрические свойства. В электротехнике жёсткий матери­ал, называемый винипластом, находит ограниченное при­менение. Для электрической изоляции, в частности для кабельной изоляции, применяется пластифицированный ПВХ, называемый пластикатом.

Обычно применяют такие пластификаторы, как дибутилфталат и трикрезилфосфат. Введение пластификатора не только улучшает пластичность ПВХ, но и повышает его мо­розостойкость. Введением специальных пластификаторов можно получить пластикаты, которые можно использовать при температуре (–60) °С, однако следует учитывать, что при введении большого их количества резко возрастают ди­электрические потери.

Материалы на основе ПВХ имеют высокую влагостой­кость, что обеспечивает широкое их применение для изо­ляции кабельных изделий, проводов, а также в виде тру­бок, вент, листов в электрических машинах и аппаратах, работающих на промышленных частотах. ПВХ применяют также в качестве материала, гасящего электрическую дугу в отключающей аппаратуре.

Полиметилметакрилат ([–СН₂ – С (СНз) –]_n(П.) –

                                                                    

                                                                            СООСНз

линейный термопластичный полимер, получаемый радикальной полимеризацией в массе (так называемое органическое стекло),– бесцветный прозрачный полимер, обладающий высокой проницаемостью для лучей видимого и УФ-света, высокой атмосферостойкостью, хорошими физико-механическими и электроизоля­ционными свойствами.

При нагревании выше 120 °С П. размягчается, пере­ходит в высокоэластическое состояние и легко формуется; выше 200 °С - начинается заметная деполимеризация П., которая с достаточно высокой скоростью протекает при температуpax выше 300 °С. Практически количественно П. может быть деполимеризован [при (300–400)) °С в ва­кууме (66,7–266,6) н/м^г, или (0,5–2) мм рт. ст.]. В промышленности деполимеризацией отходов П. получают мономер.

Применение и переработка. Промышленностью П. поставляется главным образом в виде листового органического стекла.Вкачестве конструкционного материала П. применяют в лазерной технике.

Суспензионный П., получаемый в виде порошка, предварительно гранулируется на экструзионных ма­шинах. Гранулированный П. перерабатывают прессо­ванием, литьём под давлением или экструзией. Суспен­зионные полимеры используют в автомобильной промышленности (задние фонари, подфарники, шкалы, свето­вые отражатели и др.), в приборостроении (линзы, призмы, шкалы), для изготовления изделий широкого потребления (посуда, пуговицы и др.) и канцелярских принадлежностей. Экструдированные из суспензионных полимеров и сополимеров листы используются для изготовления светотехнических изделий (например, рассеивателей света для светильников), вывесок и т. п.

Суспензионный П. с размером частиц (0,05–0,15) ммили высушенный эмульсионный П. применяют для изготовления самоотверждающихся пластмасс [(55–60) % П., (35–40) % мономера, содержащего инициатор, с добавкой красителя]. Эти пластмассы используются в производстве зубных протезов, для изготовления штампов, литейных моделей, абразивного инструмента.

Акриловые дисперсии и полимеры, полученные в растворе, используются как лаки для кузовов автомобилей, для отделки тканей, волокон, бумаги, кож и т. д. В качестве клея для склеивания органического стекла используют мономерно-полимерную смесь или (20–30) % растворы П.

За рубежом блочный П. производится под названия­ми: плексиглас (США, ФРГ, Франция), перспекс (Великобритания), кларекс (Япония), леофлекс (Швейцария) и др.; суспензионный – люсайт (США), диакон (Великобритания), плексигум (ФРГ), ведрил (Италия); сополимер М. с акрилонтрилом – илексидур (ФРГ), имплекс (США).

Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3) получают поли­меризацией трифторхлорэтилена. Фторопласт-3 – кристал­лический полимер с температурой плавления кристалличес­кой фазы примерно 215 °С. Фторопласт-3 по сравнению с фторопластом-4 имеет меньшую термическую стойкость и способен отщеплять хлор при температуре выше 260 °С. Как и фторопласт-4, этот полимер имеет высокую химическую устойчивость, но в отличие от него может перерабатываться в различные электротехнические изделия методом прессова­ния при температуре (220 - 250) °С. По своим электроизоля­ционным свойствам фторопласт-3 занимает промежуточное положение между поливинилхлоридом и фторопластом-4. Фторопласт-3 применяют для изоляции проводов и кабелей, для изготовления различных деталей радио- и электротех­нической промышленности, производства плёнок, в произ­водстве конденсаторов и фольгированных диэлектриков.

В промышленности выпускается большое число сополи­меров рассмотренных полимеров, т. е. таких соединений, которые получаются из нескольких мономеров и поэтому содержат в цепи неодинаковые элементарные звенья. Сопо­лимеры могут быть получены с нужным комплексом свойств.

Полимеры, получаемые поликонденсацией. Поликонденсация– реакция образования полимера из мономеров с выделением низкомолекулярных веществ (воды, спирта и др.). Элементный состав полимерной молекулы отличается от элементного состава мономерной молекулы.

Реакция поликонденсации протекает, если мономерные соединения содержат химически активные группы, способ­ные вступать во взаимодействие. Реакция поликонденса­ции лежит в основе получения важнейших полимеров, та­ких как фенолоформальдегидные, полиэфирные смолы и др. Термином смола в промышленности иногда пользуются, наряду с названием полимер.

Термореактивные пластмассы можно классифицировать по типу связующего и виду товарной продукции. По типу связую­щего вещества пластмассы подразделяются на фенолоформальдегидные (фенопласты), эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические, полиимидные; по типу товарной продукции, посту­пающей на переработку, – на пресс-порошки, гранулированные пластмассы, волокниты, компаунды, премиксы, препреги.

Премиксы представляют собой тестообразную массу, по­лученную в результате смешения рубленого стекловолокна с пастой и содержащую ненасыщенную полиэфирную смо­лу, инициатор полимеризации, минеральный наполнитель и другие добавки.

Препреги – это листовые материалы, полученные про­питкой термореактивным связующим веществом волокни­стых наполнителей, используемых для изготовления изде­лий из стеклопластиков различными методами.

Фенолоформальдегидные полимеры (смолы) – это про­дукты поликонденсации фенолов с формальдегидом. В за­висимости от условий проведения поликонденсации можно получить термопластичные смолы, называемые новолачны ми, или термореактивные, называемые резольными. Тер­мореактивные смолы называют также бакелитом.

Новолачные смолы получают при избытке фенола в при­сутствии кислоты, а резольные – при избытке формальде­гида в щелочной среде. Новолачные смолы сохраняют плав­кость и растворимость в этиловом спирте и других раство­рителях при нагревании. Их можно перевести в резолы действием формальдегида или уротропина. Непосредствен­но после получения бакелит находится в стадии А (резол), в которой он сохраняет плавкость и растворимость в спир­те. При нагревании бакелита в стадии А до температуры (110 - 140) °С он проходит через промежуточную стадию В (резитол), когда смола растворяется лишь частично, и пе­реходит в неплавкую и нерастворимую стадию С (резит). Новолачные смолы применяются для производства лаков и пресс-порошков для изготовления электрической изоляции, причем процесс перехода линейного полимера в простран­ственный осуществляется в прессах при изготовлении из­делий после смешения смолы с уротропином.

Резит (бакелит в стадии С) отличается высокой механи­ческой прочностью и сравнительно хорошими электроизо­ляционными характеристиками. Полярность новолачных смол и бакелита в стадии С связана с наличием в их молекулах гидроксильных групп. Разложение резитов, сопровожда­емое обугливанием, происходит при температуре выше 300 °С.

При замене фенола анилином или крезолом получаются анилино- и крезолоформальдегидные смолы. Электричес­кие свойства и водостойкость резитов этих смол лучше, чем у полученных на основе фенола и формальдегида. Все смо­лы резольного типа широко применяются при изготовле­нии слоистых пластиков (гетинакса и текстолита). Фенолоформальдегидные смолы находят широкое применение и качестве связующего в производстве композиционных ма­териалов, называемых фенопластами.

Полиэфирные смолыполучают при поликонденсации многоосновных кислот с многоатомными спиртами. Для электроизоляционых целей используют преимущественно этиленгликоль и глицерин. Линейные полиэфиры терефталевой кислоты являются термопластичными полимерами и применяются в виде плёнок, а термореактивные полиэфи­ры используются в качестве основы лаков.

Термореактивные полиэфиры на основе фталевой кисло­ты называют глифталевыми смолами. Они находят приме­нение после модификации жирными кислотами. Электро­изоляционные лаки на основе модифицированных глифталевых смол применяются для пропитки обмоток электри­ческих машин, трансформаторов и других аппаратов, рабо­тающих погружёнными в минеральное масло. Глифталевые лаки применяют в кабельной промышленности в каче­стве связующего вещества стекловолокнистой изоляции обмоточных проводов.

Гранулированные полиэфирные пластмассы приобрели промышленное значение для изготовления электротехни­ческих деталей.

Термопластичный полимер, получаемый из этиленгликоля и кислоты, называется полиэтилентерефталатом. В нашей стране этот полимер называется лавсаном.

Плёнки и нити лавсана применяют при производстве кон­денсаторов и в качестве пазовой изоляции электрических машин, а также для производства синтетической бумаги. Прочность пленок из лавсана в 10 раз выше, чем пленок из полиэтилена (до 290 МПа). Они имеют высокую электри­ческую прочность (до 180 МВ/м) и повышенную нагревостойкость. Лавсан отличается стойкостью к подавляющему большинству органических растворителей. По диэлектри­ческим показателям лавсан относится к слабополярным диэлектрикам и отличается высокими диэлектрическими свойствами.

Для изготовления гибких печатных плат, кабелей и шлей­фов применяется композиционный материал на основе лавса­новой плёнки и эпоксиднокаучукового покрытия, облицо­ванный электролитической фольгой толщиной 35 или 50 мкм.

Плёнка лавсановая черная, получаемая методом экстру­зии из расплава, применяется для вычислительной техни­ки в качестве носителя информации, средств связи и авто­матики.

Эпоксидные полимеры широко применяются в различ­ных областях техники, что связано с рядом их ценных свойств, среди которых важное значение имеет способность отвердевать без давления при действии теплоты и отвердителей в толстых слоях с малыми усадками. Эпоксидные смолы характеризуются наличием в их молекулах эпок­сидных групп (колец).

В исходном состоянии эпоксидные смолы представляют собой вязкие жидкости, которые под действием особых ве­ществ – отвердителей – переходят в твёрдое состояние, становясь термореактивными материалами. В процессе от­вердевания, который протекает равномерно, эпоксидные смолы приобретают пространственное строение. Процесс отвердевания является полимеризацией, то есть протекает без выделения побочных продуктов.

Эпоксидные смолы могут отвердевать при комнатной тем­пературе (холодное отверждение) или при нагревании до температуры (80 – 150)°С. В последнем случае получается более высокая электрическая прочность. Выбор отвердителя оказывает большое влияние на различные свойства от­вердевших эпоксидных смол, такие как эластичность, нагревостойкость и др. Для холодного отвердевания эпоксид­ных смол часто применяют азотсодержащие вещества (ами­ны), для отвердевания при нагревании – ангидриды орга­нических кислот. Применению в электротехнике эпоксид­ных смол способствует их малая усадка при отвердевании, которая не превышает (0,5 – 2) %.

В качестве электроизоляционных и герметизирующих материалов эпоксидные полимеры широко применяют в радиоэлектронике, приборостроении, электротехнике. Как высокопрочные конструкционные материалы они находят применение в ракетной и космической технике, авиации, су­достроении, машиностроении. Благодаря хорошей адгезии к стеклу, керамике, дереву, пластмассам, металлам эпоксид­ные полимеры применяются для изготовления высокопроч­ных клеев. Клеевые швы устойчивы к действию воды, непо­лярных растворителей, кислот, щелочей и характеризуются высокой механической прочностью. Эпоксидные полимеры применяются для изготовления лакокрасочных покрытий. На основе эпоксидных полимеров изготовляют компаунды горя­чего и холодного отвердевания. В качестве наполнителей широко применяют минеральные и органические вещества.

Многие эпоксидные смолы и их отвердители оказывают на организм человека токсическое действие, поэтому работа с ними требует соблюдения необходимых правил предосто­рожности. Отвердевшие эпоксидные смолы не токсичны.

Кремнийорганические смолы (полиорганосилоксаны, силиконы) впервые синтезированы в Советском Со­юзе в 1937 г. благодаря работам К. А. Андрианова. В насто­ящее время промышленностью выпускается значительное количество кремнийорганических (высокомолекулярных) соединений, которые находят широкое применение благо­даря ряду ценных свойств, прежде всего высокой термо-, тепло-, водо-, атмосферостойкости и хорошим диэлектри­ческим свойствам.

Кремнийорганические полимеры могут быть получены в виде эластичных смол, твёрдых тел и жидких диэлектри­ков. Благодаря тому, что кремнийорганические соединения не смачиваются водой, их используют для придания водо­отталкивающих свойств пластическим массам, керамике и другим материалам.

К недостаткам этих смол относятся их сравнительная дороговизна, низкая механическая прочность, плохая ад­гезия к большинству других материалов и низкая маслостойкость.

Полиорганосилоксановые лаки находят применение в ка­честве связующих веществ для различных композиционных электроизоляционных материалов, например слюдяных ма­териалов, пластмасс, слоистых пластиков, стеклотканей, пропиточных составов для изоляции электрических материалов, а так­же для работы в условиях тропиков, для заливки и компа­ундирования узлов и деталей электронного оборудования.

Полиимиды – полимеры, содержащие имидную груп­пировку атомов.

Они относятся к числу наиболее нагревостойких органи­ческих полимеров. При температуре 500 °С плёнка из полиимидов вдвое прочнее, чем пленка из полиэтилена при температуре 20 °С. Разложение полимера начинается при температуре выше 400 °С, плёнка не плавится и не размяг­чается при температуре до 800 °С. Наряду с высокой нагревостойкостью полиимиды обладают исключительной холо­достойкостью (до -269 °С), хорошими диэлектрическими показателями. Применяют полиимиды для изготовления пленок, лаков, нагревостойких волокон.

Композиционные материалы. Наиболее широко приме­няют гетинакс, текстолит, стеклотекстолит. Гетинакс по­лучается в процессе горячего прессования бумаги, пропи­танной термореактивной смолой. Для ряда марок гетинакса применяется сульфатноцеллюлозная бумага. Гетинакс марки X, который имеет повышенную штампуемость, и марки ЛГ изготовляют на основе лавсановой бумаги и эпоксидной смолы.

Основные особенности лавсанового гетинакса – повышенная способность к штампованию, высокие влагостой­кость, механические и электрические свойства. Благодаря высокому уровню электрических свойств в условиях повы­шенной влажности детали из него не требуют лакировки.

Электрическая прочность гетинакса в направлении, перпендикулярном слоям, Е_п= (20 - 40) МВ/м, диэлектрическая проницаемость ε = (5 - 6). Дутостойкость гетинакса с феноло-формальдегидным связующим веществом невысока: после воздействия дуги на поверхности материала остаётся науглероженный след. Так как гетинакс слоистый материал, то его электрические свойства вдоль и поперёк слоёв не одинаковы.

Текстолит аналогичен гетинаксу, но изготовляется из про­питанной ткани. Текстолит, изготовленный на основе хлоп­чатобумажной ткани, пропит