3.22.10. Пластические массы

Пластмассы — пластичные материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять её после охлаждения.

Основой электроизоляционных пластмасс являются кремнийорганические, фторорганические, эфироцеллюлозные, органические термореактивные и термопластичные полимеры.

Наряду с основным полимером в состав пластмасс входят ускорители отвердения, наполнители, пластификаторы, красители, стабилизаторы и другие компоненты.

Наполнители могут быть волокнистыми или порошкообразными, их доля в объёме пластмассы может достигать 60%.

Волокнистые наполнители (тонкоизмельчённая древесина, древесная целлюлоза, хлопковое волокно) увеличивают механическую прочность и снижают хрупкость пластмасс. Высокую механическую прочность имеют детали, отпрессованные из текстолитовой крошки — рубленной хлопчатобумажной ткани, пропитанной фенолформальдегидными смолами.

Стекловолокно как наполнитель улучшает электрические качества пластмассы, повышает прочность и нагревостойкость, уменьшает поглощение ею влаги. Детали, отпрессованные из стеклотекстолитовой крошки, обладают повышенными нагревостойкостью и электроизоляционными качествами.

Порошкообразные минеральные наполнители (кварцевая мука, молотая слюда, тальк, каолин) увеличивают твёрдость пластмасс, снижают опасность растрескивания деталей при остывании после высокотемпературного прессования. Кварцевая мука и молотая слюда повышают электроизоляционные качества пластмассы, уменьшают диэлектрические потери. Пластмассы на основе кремнийорганических полимеров с минеральными наполнителями обладают наибольшей нагревостойкостью.

Пластификаторы уменьшают хрупкость пластмасс и повышают их холодостойкость, однако уменьшают их твёрдость и теплостойкость.

Стабилизаторы замедляют процессы старения пластмасс и способствуют длительному сохранению их качеств.

В зависимости от свойств основы пластмассы могут быть термопластичными или термореактивными.

Термопластичные пластмассы после горячего прессования и охлаждения твердеют, но при нагреве размягчаются и вновь становятся пластичными. Таковы пластмассы на основе полистирола, поливинилхлорида и других термопластичных связующих. Термопластичные полимеры обладают весьма высокими электрическими качествами (табл. 3.7), в пластмассы на их основе наполнители обычно не вводят. Недостатком большинства термопластичных пластмасс является их малая теплостойкость.

Таблица 3.7

Основные характеристики термопластичных полимеров

Параметр	Полиэ-тилен	Поливинилхлорид	Полиформальдегид	Полиакрилат	Полиамид	Фторопласт
Температура формования , ОС	220	180	200…225	150…180	180...220	350…370
Теплостойкость по Мартенсу , ОС	110	45	110	75	50	250
ρ v , Ом·м	1015	1011	1013	1010	1011	1017
 ( при 1 МГц )	2,2	3	3,5	3,1	4,5	2,1
tg ( при 1 МГц )	0,0002	0,04	0,004	0,03	0,07	0,0003
Епр , МВ/м	30…60	15…30	20…25	25…40	16…22	25…27

Из гранул полимеров изготавливают листы — заготовки, из которых затем вырабатывают изделия более сложной формы. Методом непрерывного выдавливания нагретого полимера через фасонный мундштук (метод экструзии) получают длинномерные профильные изделия и трубы. Прессованием и литьём под давлением получают изделия различной конфигурации. Прессованием при температуре +350…+370 ^ОС изготовляют детали из гранулированного фторопласта.

Все термопластичные полимеры, кроме фторопластов, поддаются склеиванию и сварке в струе горячего воздуха.

Термореактивные пластмассы при горячем прессовании переходят в твёрдое состояние и при нагревании уже не размягчаются.

Пластмассы на основе формальдегидных смол и кремнийорганических термореактивных полимеров обладают высокой стабильностью свойств, противостоят действию кислот, масел, растворителей и воды.

Пластмассы на основе формальдегидных смол с органическими наполнителями могут работать при температурах до +110 ^ОС, если же наполнитель неорганический, то рабочая температура пластмасс выше — до +150 ^ОС, а кратковременно и до +215 ^ОС, но при столь высокой температуре на 10 % снижаются удельная ударная вязкость и прочность пластмасс на изгиб, возможно уменьшение размеров (усадка) изделий примерно на 6 %.

Наибольшую теплостойкость имеют пластмассы на основе резольных и кремнийорганических смол с наполнителем из асбестовых или стеклянных волокон. Их рабочая температура достигает +200 ^ОС.

Наилучшими электрическими характеристиками обладают пластмассы на основе анилинфенолформальдегидного полимера с кварцевым или слюдяным наполнителями. Низкие диэлектрические потери позволяют использовать их при высоких частотах электрического поля.

Основные электрические характеристики пластмасс на основе фенольных смол: _V = 10⁷…10¹² Ом·м ;  (при 1 МГц) = 5…6 ; tg (при 1 МГц) = 0,01 ; Е_пр = 15 МВ/м.

Недостаток пластмасс — низкая стойкость к перекрытию искровыми разрядами, при котором на их поверхности образуются треки — обугленные токопроводящие дорожки.

Конструкционные и электроизоляционные изделия из пластмасс получили широкое распространение. Технологичность пластмасс позволяет производить изделия сложной формы методами прессования из пресс-порошков, экструзией, выдуванием, вакуумным формованием с высокой производительностью и малыми затратами ручного труда.