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/мг, 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, Еп= (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
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1348)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |