§ 4.Електроізоляційні матеріали.

(+ Наповнювачі) ( + 3% сірки)

Каучук → Сира гума → Електроізоляційна гума.

Електроізоляційні матеріали. Спільні властивості електроізоляційних матеріалів. Призначення та класифікація електроізоляційних матеріалів, їх фізико-хімічні властивості.

Діелектричними матеріалами називають клас електротехнічних матеріалів, призначених для використання їх діелектричних властивостей (великий опір проходження електричного струму і здатність поляризувати)

Електроізоляційними матеріалами називають діелектричні матеріали, призначені для створення електричної ізоляції струмоведучих частин в електротехнічних і радіоелектронних пристроях.

З великої кількості властивостей діелектричних матеріалів, що визначають їх технічне застосування, головними являються електричні властивості-електропровідність, поляризація і діелектричні втрати, електрична міцність і електричне старіння.

Техніка, технологія виробництва і експлуатації електротехнічного і радіоелектронного обладнання ставить самі різноманітні вимоги до властивостей діелектричних матеріалів. Крім потрібних електричних властивостей діелектричні матеріали повинні володіти ще потрібними термічними, механічними та іншими властивостями.

За агрегатним станом діелектричні матеріали діляться на: газоподібні, рідкі і тверді.

За походженням розрізняють діелектричні матеріали природні, котрі можуть бути використані без хімічної переробки та штучні, котрі виготовляються хімічною переробкою природної сировини і синтетичні, котрі отримуєм в ході хімічного синтезу.

За хімічним складом їх поділяють на органічні, що являють собою з’єднання вуглецю з воднем, азотом, киснем та іншими елементами; елементоорганічні; в молекули яких входять атоми кремнію, магнію, алюмінію, титану, заліза та інших елементів; неорганічні – не містять в своєму складі вуглецю.

Гума і гумовотехнічні вироби, їх властивості та галузь застосування

Гу́ма — матеріал, необхідний для виробництва різноманітних виробів - від автомобільних шин до хірургічних рукавичок. Головна перевага гуми - її еластичність. Вона може розтягуватися й гнутися, а потім приймати початкову форму. Натуральну гуму виробляють з особливої рідини - латексу, який одержують із соку каучукового дерева. Каучук, еластичний матеріал, який отримують при коагуляції латексу каучуконосних рослин, головним чином бразильської гевеї. Зараз дерево культивується в південно-східній Азії, Малайзії, Індонезії, Шрі-Ланці, Камбоджі, Таїланді, Брунеї.

Каучуки (мовою браз. індіанців кау – дерево та учу – текти, плакати) – реакційноздатні високомолекулярні сполуки. Становлять головну складову частину гуму. Найхарактернішою властивістю каучуку є здатність до високих оборотних деформацій, тобто еластичність у широкому інтервалі температур (від -700С до +1200С) при збереженні комплексу фізико-механічних властивостей. Каучуки є еластичні матеріали. У техніці з каучуків виготовляють шини для автотранспорту, літаків, велосипедів; каучуки застосовують для електроізоляції, а також виробництва промислових товарів та медичних приладів. Каучуки поділяють на натуральні та синтетичні. Натуральний (природний) каучук (НК) – це високомолекулярний ненасичений вуглеводень, молекули якого містять багато подвійних зв’язків; його склад можна виразити формулою (С5Н8)n (де n =1000-3000); він є полімером ізопрену. Природний каучук є в молочному соку каучукових рослин, головним чином, тропічних (наприклад, бразильського дерева гевея). Другий природний продукт (гутаперча) також є полімером ізопрену, але з іншою конфігурацією молекул.Сирий каучук липкий, неміцний, а при незначному зниженні температури стає крихким. Щоб надати виготовленим з каучуку виробам необхідної міцності і еластичності, каучук вулканізують – вводять у нього сірку і потім нагрівають. Вулканізований каучук називається гумою. У нашій країні немає природного каучуку. Це викликало необхідність у розробленні методів штучного добування цього дуже важливого для народного господарства матеріалу. Радянські хіміки винайшли і вперше в світі здійснили (1928-1930 рр.)в промисловому масштабі спосіб добування синтетичного каучуку. Синтетичний каучук одержують полімеризацією

З вулканізованих каучуків одержують міцну й еластичну гуму. Застосовується у виробництві шин, амортизаторів, виробів санітарії і гігієни та ін. Природний каучук - полімер ненасиченого вуглеводню ізопрену C₅H₈. Полімеризацію ізопрену можна схематично зобразити таким рівнянням:

Фізико-механічні властивості гуми:

Відносне подовження, %	470
Міцність, МПа	50
Залишкове подовження, %	20
Твердість по Шор А, ум. од.	56

Вплив повітря, озону, тепла і світла - основна причина старіння гуми.

Сирий каучук має низьку міцність і дуже липкий, особливо при нагріванні, а на морозі стає твердим і ламким. Тому для виготовлення різних виробів у сирому вигляді каучук непридатний. Свої цінні властивості каучук набуває при вулканізації, тобто при нагріванні з сіркою. Вулканізований каучук називають гумою.

При процесі вулканізації з каучуку, сірки і наповнювача (переважно сажі) виготовляють суміш, якою наповнюють відповідні форми і під тиском нагрівають. При 130—160°С каучук взаємодіє з сіркою і молекули його зв'язуються між собою атомами сірки.

Вміст сірки у вулканізованому каучуку становить 1—3%. Вулканізований каучук значно більш еластичний і міцний, ніж сирий. Сирий каучук розчиняється в органічних розчинниках, зокрема в бензині (каучуковий клей), а вулканізований не розчиняється, а лише набухає.

Ла́текс (рос. латекс англ. latex, нім. Latex m, Kautschukmilch f) - загальний термін для позначення емульсій дисперсних полімерних часток у водному розчині. В природі зустрічається у вигляді молочка, яке виділяють різні рослини, зокрема бразильська гевея, кульбаба та ін.

Для виготовлення гуми каучук слід переробити, додавши до нього сірку. Цей процес називають вулканізацією. Одержаний матеріал є міцнішим та еластичнішим за каучук-сирець. Для більшої тривкості до гуми додають тканини або металеві дроти (у виробництві автомобільних шин). Вулканіза́ція — процес перетворення сирого каучуку на гуму шляхом нагрівання його з сіркою.

Синтетичний каучук

Синтез каучуку, який відбувається в дереві, ніколи не виконувався в лабораторії. Синтетичні каучуки є еластичними матеріалами; вони подібні з натуральним продуктом по хімічних і фізичних властивостях, але відрізняються від нього структурою.Синтез аналога натурального каучуку (1,4-цис-полиизопрена і 1,4-цис-полібутадиєна). Натуральний каучук, одержаний з гевеї бразильської, має структуру, що складається на 97,8% з 1,4-цис-поліізопрену. Синтез 1,4-цис-полізопрену проводиться декількома різними шляхами з використанням регулюючих стереоструктуру каталізаторів, і це дозволило налагодити виробництво різних синтетичних еластомерів.

Тверда гума

Вироби з твердої гуми відрізняються від виробів з м'якої гуми головним чином кількістю сірки, використовуваної при вулканізації. Коли кількість сірки в гумовій суміші перевищує 5%, у результаті вулканізації виходить тверда гума. Гумова суміш може містити до 47 частин сірки на 100 частин каучуку; при цьому виходить твердий і твердий продукт, називаний ебонітом, оскільки схожий на ебенове (чорне) дерево. Виробу з твердої гуми володіють гарними діелектричними властивостями і використовуються в електротехнічній промисловості як ізолятори, наприклад у розподільних щитах, качанах, розетках, телефонах і акумуляторах. Виготовлені з застосуванням твердої гуми труби, клапани й арматура застосовуються в тих областях хімічної промисловості, де потрібна корозійна стійкість. Виготовлення дитячих іграшок - ще одна стаття споживання твердої гуми.

Компоненти гуми.

Найважливішим компонентом гуми є натуральний або синтетичний каучук, від якого залежать основні властивості гумового матеріалу. Для поліпшення властивостей гуми до її складу крім каучуку додають вулканізатори, зміцнювачі, пластифікатори, барвники, стабілізатори та інші компоненти.

Вулканізатори (сірка, селен, іноді пероксиди) додаються в кількістю 1-5 %. Внаслідок певних хімічних реакцій вулканізатора з каучуком утворюється високоеластична гума. Якщо масову частку сірки в сирій гумі довести до 30 і більше %, то утворюється твердий нееластичний матеріал ебоніт, який використовують як ізолятор в електротехніці. Вулканізацію можна активізувати оксидами магнію, свинцю, цинку та ін.

Зміцнювані — дрібнодисперсні порошки сажі, оксиду кремнію або оксиду цинку — додають для підвищення міцності, твердості і стійкості гумових виробів. Для відповідальних гумових виробів (шини, шланги високого тиску, привідні паси та ін.) використовують волоконні зміцнювані із синтетичних волокон або металевого дроту, покритого латунню, щоб підвищити зчеплення дроту з полімером.

Пластифікатори (тіарафін, каніфоль, стеаринова кислота, рослинні олії) сприяють рівномірному розподілу компонентів у суміші, полегшують формування виробів та підвищують їх морозостійкість.

Барвники (мінеральні й органічні) надають гумовим виробам бажаного кольору.

Сукупність технічних властивостей гумових матеріалів дає змогу застосовувати їх для амортизації та демпфірування, хімічного захисту деталей машин, трубопроводів, шлангів, ущільнення і герметизації із умовах повітряних і рідких середовищ, для покришок і камер коліс літаків та автотранспорту тощо. Номенклатура гумових виробів налічує понад 40000 найменувань.

За призначенням у машинобудуванні гумові деталі поділяють на такі групи: ущільнювачі, вібро- та звукоізолятори, протиударні, силові (шестірні, корпуси насосів, муфти, шарніри), антифрикційні, фрикційні деталі та інструменти. Гума також використовується з метою захисну виробів та як декоративна речовина.