4.11 Твердые органические диэлектрики

4.11.1 Основные понятия о высокомолекулярных соединениях (полимерах)

Полимеры – вещества, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся группировок или мономерных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Полимеры бывают природные и синтетические. Синтетические полимеры получают двумя способами:

- полимеризацией;

- поликонденсацией.

Полимеризация – это химическая реакция, при которой из низкомолекулярного соединения (мономера) получают высокомолекулярное соединение (полимер) без изменения элементарного химического состава вещества.

Поликонденсация – это химическая реакция между разнородными мономерами, при которой образуется высокомолекулярное соединение с выделением побочных веществ, воды, Н₂, аммиака и других. Путем поликонденсации получают фенол – формальдегидные, полиэфирные смолы, связанные с перегруппировкой атомов полимера.

По характеру строения молекулы полимеров делятся на линейные и пространственные.

У линейных полимеров отношение длины молекул к её поперечным размерам очень велико, например, у полистирола до 1000 (длина молекулы 1,5 м, поперечный размер 1,5 м).

У пространственных полимеров молекулы трехмерны и имеют более компактную форму.

Свойство линейных и пространственных полимеров существенно отличается. Если линейные полимеры гибкие, эластичные, то пространственные – обладают большей жесткостью.

Линейные полимеры в большинстве случаев способны набухать и растворяться в подходящих по составу растворителях (бензол, толуол, ацетон). В результате такого растворения образуются вязкие растворы, из которых получают пленки, волокна.

Пространственные полимеры, значительная их часть не растворимы.

Линейные полимеры с повышением температуры размягчаются, а затем расплавляются (капрон, нейлон) – это термопластичные полимеры.

Термопластичные полимеры (термопласты) при нагревании размягчаются и превращаются в густые жидкости. Они составляют 75% всех потребляемых материалов. Это свойство используется при изготовлении пленки, нитей, при изготовлении деталей методом литья под давлением (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид).

Пространственные полимеры при высокой температуре, не достигая температуры размягчения, разрушаются – сгорают, обугливаются (фенолформальдегидная смола, эпоксидная смола, эбонит (сильно вулканизированный каучук)). Это термореактивные полимеры.

Термореактивные полимеры при нагревании могут плавиться, но после длительной выдержки при высокой температуре затвердевают с необратимыми изменениями свойств, теряют свойство плавиться и растворяться. К ним относят гетинакс, текстолит, эпоксидные смолы.

4.11.2 Пластмассы

Пластмассы – это материалы полностью или частично состоящие из полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять её после охлаждения. Это композиционные материалы. В качестве наполнителей используют древесную муку, порошок слюды, бумагу, ткань и др. (60-65%).Они обуславливают механическую прочность, нагревостойкость. Связующим элементом обычно являются полимеры.

В пластмассы вводят пластификаторы для уменьшения хрупкости и для повышения холодостойкости. Это маслообразные синтетические жидкости с высокой температурой плавления.

В пластмассы могут вводить красители, чтобы придать определённую окраску. Могут входить стабилизаторы, чтобы замедлить процессы старения.

Свойства пластмасс:

Достоинства:

высокие электроизоляционные свойства;

высокие антикоррозионные свойства;

механически прочны, легкие;

сырьё недорогое и доступное (это нефтепродукты, природный газ);

переработка пластмасс в изделия – процесс дешевый и несложный ( метод горячего пресса (130-180°С), может быть холодная прессовка при 20°С, но затем несколько часов тепловой обработки).

Недостатки:

ползучесть – способность материала медленно деформироваться на холоде под действием постоянных механических нагрузок;

сравнительно невысокая теплостойкость;

пониженная прочность при переменных нагрузках;

быстрое по сравнению с другими материалами старение.

Применение и типы пластмасс:

Пластмассы, частично состоящие из полимеров называются композиционными.

Композиционные пластмассы используются как электроизоляционный материал в РЭА и чисто конструкционный материал – корпус радиоприемника, телевизора, измерительных приборов, ручки, кнопки, клеммы, ламповые панельки, штепсельные разъемы, наушники и т.д.

Пластмассы на основе термопластичных полимеров. Они изготовляются преимущественно из

термопластов без наполнителей. К ним относятся полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид, капрон, фторопласт-4 д.р.

Применяются они как изоляция ВЧ-кабелей, радиолокационные и телевизионные установки, каркасы катушек, из полистирола и фторопласта-4 изготавливают термостат для ВЧ конденсаторов с большой емкостью, высокого сопротивления изоляцию.

Пластмассы на основе фенолоформальдегидных смол – фенопласты (коричневого или черного цвета). Их недостаток это низкая стойкость к электрическим разрядам.

Пластмассы на основе анилиноформальдегидных смол – аминопласты (могут быть любой окраски)

Слоистые пластмассы – наполнитель является волокнистые материалы (гетинакс, текстолит).

Пластмассы на основе природных полимеров целюлоид – твердый раствор нитратацеллюлозы в камфаре. А целлюлоза – главная основа клеток растений. Выпускается технический целлюлоид и галантерейный. Из технического делают шкалы измерительных приборов, линейки, угольники, киноленты, а галантерейный – галантерею и игрушки.