Некоторые природные и синтетические полимеры

В зависимости от происхождения полимеры бывают природными и синтетическими.

Наиболее известными природными полимерами являются каучук, целлюлоза, слюда, асбест.

В электроизоляционной технике применяют такие природные смолы (полимеры), как шеллак, канифоль (гарпиус), янтарь.

Природные смолы представляют собой органические соединения растительного и биогенного происхождения.

При нагревании природные смолы расщепляются и плавятся. Они не растворимы в воде, но растворяются в спирте, эфире, жирных и эфирных маслах и других органических растворителях.

Шеллак — продукт жизнедеятельности некоторых насекомых на ветвях тропических деревьев. Хорошо растворяется в спирте, почти нерастворим в бензине, бензоле, плавится при t = 80 °С, при длительном нагревании переходит в неплавкое и нерастворимое состояние. Шеллак применяется в электротехнике в виде спиртового раствора для изготовления клеящих лаков для слюдяной изоляции, а также для лакировки деталей.

Канифоль — хрупкая субстанция, получаемая из смолы (живицы) хвойных деревьев, растворяется в спирте, бензине, бензоле нефтяных и растительных маслах и других растворителях, но не растворяется в Н20. Применяется для изготовления лаков, в электротехнике добавляется к нефтяному маслу при пропитке бумажной изоляции силовых кабелей, используется как составная часть многих электроизоляционных смол (фенолоформальдегидных и полиэфирных)

Янтарь — ископаемая смола растений с температурой плавления выше 300 °С, не растворяется почти ни в каких растворителях, но растворяется после расплавления в скипидаре, сероуглероде, бензине, маслах. Имеет высокое значение удельного сопротивления Ps- 1017 Ом, которое мало зависит от влажности. Применяется ограниченно из-за дороговизны в электроизмерительных приборах, в которых требуется высокое значение сопротивления и изоляции.

Самые распространенные синтетические полимеры — полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт). Все они относятся к термопластичным полимерам. Мономерные звенья макромолекул этих полимеров не обладают дипольным моментом. Эти материалы получают полимеризацией.

Полиэтилен (ПЭ) я'Н2С—СН2—СН2. Получают при высоком, среднем и низком давлении полимеризацией этилена в присутствии катализаторов. Полиэтилен — кристаллизующийся полимер, кристалличность которого при комнатной температуре достигает 50— 90 % в зависимости от способа получения. Для полиэтилена характерны высокая прочность, стойкость к действию агрессивных сред и радиации, хорошие диэлектрические свойства.

Полиэтилен различают по плотности, молекулярной массе, степени кристалличности.

Плотность полиэтилена колеблется в пределах от 0,91 до 0,97 г/см3, температура размягчения 110—130 °С. Наибольшей степенью кристалличности и температурой размягчения обладает полиэтилен низкого и среднего давления. Изделия из него становится хрупкими при температуре -70 °С.

Полиэтилен стоек к действию щелочей, растворов солей, органических кислот. При температуре выше 80 °С растворяется во многих растворителях, особенно в углеводах и их галогенопроизводных.

Плотность полиэтилена не влияет на диэлектрические свойства, но примеси высокой плотности увеличивают диэлектрические потери.

В промышленности получают полиэтилен со «сшитой» структурой молекул. Это возможно, когда создаются поперечные химические связи между линейными цепями макромолекул. «Сшитый» полиэтилен получают при облучении частицами высоких энергией или при действии специальных соединений, вызывающих сшивку макромолекул при высокой температуре. Такой полиэтилен становится резиноподобным при температуре ПО—115 °С и сохраняет прочность до температуры 200 °С. Он применяется в качестве электроизоляционного материала в электротехнике, в кабельной промышленности, в строительстве, в качестве антикоррозионных покрытий, а также из него делают товары народного потребления.

Полистирол [—Н2С—СН—С6Н5—]. Получают полимеризацией стирола. Аморфный полистирол получают в виде блоков, эмульсий, суспензий или растворов. Полистирол относится к термопластам, имеет высокие диэлектрические свойства.

Полистирол химически стоек, устойчив к влаге, растворим в ароматических и хлорированных углеводах, простых и сложных эфирах. Его недостатками являются низкая механическая прочность и теплостойкость. Полистирол бесцветен, пропускает 90 % видимой части света, температура стеклования 80—82 °С, температура эксплуатации ниже 60 °С.

Из полистирола получают полистирольные пленки толщиной 10—100 мкм, которые называются стирофлексом. Они отличаются большой прочностью, высокими диэлектрическими показателями и применяются в конденсаторной технике.

Применяют блочный полистирол для электротехнических целей. Эмульсионный полистирол имеет худшие диэлектрические показатели и используется для изготовления плиточных пенопластов конструкционного назначения.

Также полистирол применяется для изготовления деталей электроприборов, в изделиях кабельной промышленности в качестве высокочастотного электроизоляционного материала для изготовления полистирольных лаков.

Основной метод переработки полистирола — литье под давлением.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) —CF2—CF2— Получают полимеризацией тетрафторэтилена. Степень кристалличности его достигает 90 %. Кристаллическая структура нарушается при температуре 327 °С, после чего полимер переходит в высокоэластичное состояние, сохраняющееся вплоть до температуры разложения (415 °С). Рабочая температура его 269—260 °С.

Свойствами политетрафторэтилена являются:

  • 1. Высокая рабочая температура и высокая химическая стойкость.
  • 2. Фторопласт не горит и не растворяется в диапазоне рабочей температуры ни в одном растворителе, на него не действуют кислоты, щелочи и другие агрессивные среды. Не смачивается водой, проявляет стойкость к воздействию тропического климата и грибковой плесени.

Таблица 7. Свойства термопластичных полимеров

Свойства

Полиэтилен

Полистирол

П ол итетрафторэтилен

Удельное объемное электрическое сопротивление [Омм]

1015

1015—1016

1015—1018

Диэлектрическая

проницаемость

2,2-2,4

2,5-2,6

1,9-2,2

Tg [1 кГц]

(2-4) • 10“4

(2-4)- 10“4

КД

1

ю

LTt

о

1

Электрическая прочность, НВ/м

45-55

25

25-27

Длительная рабочая температура, °С

90

70

260

3. Фторопласт имеет исключительно высокие электроизоляционные свойства (табл. 7).

К недостаткам фторопласта относится ползучесть, возникающая под действием небольших механических нагрузок.

Изделия из политетрафторэтилена изготавливают методом спекания при температуре 360—380 °С, предварительно выполненных методом формования заготовок. Изделие из политетрафторэтилена имеет плохую адгезию. Для склеивания его поверхности необходимо подвергнуть специальной обработке (в тлеющем разряде, химическому травлению и др.).

Применяется в радиоэлектронике, электротехнике для изготовления электрической изоляции проводов кабелей, конденсаторов, трансформаторов, работающих при высокой и низкой температуре или в агрессивных средах.

Политетрафторэтилен физиологически безопасен, но при температуре выше 250 °С из него выделяется высокотоксичные газообразные продукты.

К синтетическим термореактивным полимерам относятся фенопласты и аминопласты.

Фенопласты обладают высокой твердостью, прочностью, электроизоляционными свойствами, химической стойкостью и теплостойкостью.

Фенопласты К-17-2; К-18-2; Л-19-2; Л-110-2 употребляют для изготовления деталей, не несущих нагрузки: колпачков, пробок, рукояток, кнопок, деталей осветительной арматуры в вагоностроении, автомобильной промышленности, станкостроении.

Кислотостойкий материал фаолит в сочетании с асбестом и графитом в химической промышленности заменяет свинец, бронзу и другие металлы.

Феналиты К-18-36 и другие применяются для малогабаритных несиловых деталей, корпусов, крыш.

Из пресс-материала ФКП изготавливают детали, к которым предъявляют требования повышенной прочности на удар — картеры автомобильных двигателей, щитки приборов, текстильные веретена, детали поршневых и центробежных насосов, абразивные круги повышенной прочности.

Аминопласты, устойчивые к воздействию слабых кислот, щелочей, керосина, смазочных масел, спирта, ацетона, разрушаются концентрированными щелочами и кислотами. Аминопласты бесцветны и светостойки, поддаются окрашиванию в любые цвета. Аминопласты (марок А и Б) применяют для изготовления ненагруженных деталей общего назначения (кнопки, рукоятки, корпуса приборов).

Меламин — используют для изготовления деталей машин, соприкасающихся с пищевыми продуктами.

Фенопласты с наполнителями называются сложными фенопластами. К ним относятся: гетинакс, текстолит, асботекстолит и стеклотекстолит. Они различаются по виду наполнителя.

Гетинакс — содержит в качестве наполнителя бумагу. Обладает высокими диэлектрическими свойствами.

Текстолит — содержит в качестве наполнителя хлопчатобумажную ткань. Он обладает водо-, масло-, бензостойкостью и высокой механической прочностью.

Асботекстолит — содержит в качестве наполнителя асбестовую ткань. Обладает высокой прочностью, тепло-, кислотостойкостью и хорошими фрикционнными свойствами.

Стеклотекстолит — содержит в качестве наполнителя стеклоткань. Обладает высокой прочностью, термостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами.

Пено и поропласты получают на основе полистирола, полихлорвинила, мочевиноформальдегидных смол и т. д. Расплавленную основу под высоким давлением насыщают газами, вводя специальные газообразователи (порофоры) и получают ячеистый (пенопласты) или пористый (поропласты) мягкий или жесткий материал. Мягкую пластмассу обычно называют губкой.

Пено и поропласты обладают исключительно малой плотностью, высокими звуко-, тепло- и электроизоляционными свойствами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >