2798

температуры плавления.

Облучение ПЭ частицами высоких энергий вызывает образование в линейных макромолекулах поперечных связей, что приводит к увеличению прочности облученного ПЭ и сохранению ее вплоть до 200 оС. При этом повышается стойкость ПЭ к действию растворителей и поверхностному растрескиванию, увеличивается срок службы изделия. При изоляции проводов облученным ПЭ можно провода облуживать, не опасаясь расплавления изоляции вблизи облуженного провода.

Для улучшения различных физико-механических свойств, в частности улучшения эластичности, стойкости к растрескиванию в напряженном состоянии, повышения ударной прочности, увеличения стойкости против окисления и действия атмосферы применяют вулканизацию, хлорирование, хлорсульфирование полиэтилена. Улучшенными свойствами обладают сополимеры полиэтилена с пропиленом.

Полиэтилен и его модификации нашли широкое применение для изготовления изоляции и защитных оболочек высокочастотных кабелей, пленок, деталей высокочастотной аппаратуры, ручек управления и других. Разработанные виды материалов на основе ПЭ, их марки и область применения даны в книге /4/.

Полипропилен (ПП) это неполярный термопластичный полимер молочно-белого цвета (пленки ПП прозрачны), имеющий структурную формулу [-CH2-CHCH3-]n. Полипропилен получают методом полимеризации пропилена в присутствии катализаторов. Структура ПП имеет две фазы - аморфную и кристаллическую со степенью кристалличности

70-75 %.

По физико-механическим, диэлектрическим свойствам и применению ПП близок к полиэтилену низкого давления, более термостоек (до 170 оС), но имеет низкую холодостойкость - Тст его составляет - 5-20 оС, и низкую ударную вязкость (5-12 кДж/м2). Нестабилизированный ПП быстро старе-

41

ет и более чувствителен чем ПЭ к действию кислорода в атмосферных условиях, особенно при повышенных температурах.

Полистирол (ПС) – это неполярный аморфный прозрачный полимер с нулевой степенью кристалличности. Температура стеклования Тс находится в области 90-100 оС, поэтому при нормальной комнатной температуре это жесткий, хрупкий полимер.

ПС получают методами блочной, суспензионной или эмульсионной полимеризации из стирола. Структура ПС состоит из линейных полимерных макромолекул с фенильными радикалами [-CH2-CHC6H5-]n. При молекулярной массе М 30000-70000 он представляет из себя вязкие жидкости (применяется для лаков), а при М равной 200000-300000 является твердым полимером. Основные физико-механические свойства блочного ПС приведены в табл.2.2. Свойства эмульсионного и суспензионного ПС мало отличаются от блочного.

Таблица 2.2

Диэлектрические и физико-механические свойства полистирола

42

Продолжение табл.2.2

ПС стоек против действия щелочей, многих органических и минеральных кислот, трансформаторного масла, глицерина, но он набухает в 65 %-й азотной кислоте, в бензине и керосине; растворим в ароматических и хлорированных углеводородах, в сложных эфирах. При температуре 200 оС ПС разлагается с образованием стирола и других низкомолекулярных соединений.

Полистирол является неполярным материалом, диэлектрические свойства которого мало изменяются от температуры примерно до 70 оС.

Полистирол обладает относительно низкой механической прочностью и низкой ударной вязкостью, кроме того имеет невысокую нагревостойкость и склонность к быстрому старению. Старение выражается в появлении на поверхности сетки мелких трещин из-за удаления присутствовавшего мономера и из-за неравномерных напряжений вследствие неодинаковой степени полимеризации. Для устранения процесса старения и повышения пластичности полистирол эластифицируют синтетическими каучуками, что позволяет применять его в качестве конструкционного материала (свойства такого ПС будет рассмотрено в разд. 2.4).

Из полистирола изготавливают каркасы ВЧ катушек индуктивности, изоляцию ВЧ кабелей, корпуса приборов,

43

пленки (стирофлекс) для конденсаторов типа К71, опорные изоляторы антенн. На основе полистирола изготавливают пропиточные и покровные компаунды для дросселей и трансформаторов.

Полифениленоксид (арилокс) - это органический синтетический гетероцепной полимер, получаемый методом поликонденсации из 2,6-диметилфенола в жидкой фазе; степень кристалличности его составляет 20 %. Структурная формула макромолекулы полифениленоксида (ПФО) представлена на рис. 2.1 а, а основные физико-механические свойства приведены в табл. 2.3.

Полифениленоксид является слабополярным материалом, он сочетает высокую механическую прочность с хорошими электрическими свойствами в широком диапазоне температур и частот. Температура хрупкости ПФО лежит ниже -170 оС, размягчается он при температуре 215-280 оС

Рис.2.1. Структурные формулы макромолекул полифениленоксида (а) и поликарбоната (б).

Таблица 2.3

Основные физико-механические свойства ПФО, ПК и ПЭТФ

44

Продолжение табл.2.3

-180 +180 оС. Полимер стоек против действия разбавленных кислот и щелочей, водяного пара; растворим в ароматических и хлорированных углеводородах. ПФО самозатухает, имеет

45

высокую искростойкость.

Полимер имеет низкую эластичность - относительное удлинение его составляет 3-8 %. Для повышения эластичности применяют эластифицированные ПФО, что позволяет применять его для изготовления пленок (норил), каркасов катушек индуктивности, печатных плат, корпусов, работающих в области высоких частот и в широком диапазоне температур.

Поликарбонат (ПК) - сложный полиэфир, получаемый поликонденсацией дифенилолпропана и угольной кислоты (фосгена), который выпускается под названием дифлона. ПК является прочным, жестким, прозрачным материалом со степенью кристалличности около 20 %. Структурная формула поликарбоната изображена на рис. 2.1 б; основные физикомеханические свойства представлены в табл. 2.3.

ПК является слобополярным полимером, он сочетает ряд хороших свойств: относительно высокую температуру размягчения, хорошие механические свойства в широком интервале температур, атмосферостойкость и влагостойкость, высокую температуру воспламенения и затухает при удалении его из пламени.

Поликарбонат химически стоек к растворам солей, разбавленных щелочей и минеральных кислот; выдерживает светотепловое старение и тепловые удары, тропикостоек, но ограниченно стоек к концентрированным растворам концентрированных щелочей, нестоек к действию аммиака и аминов.

ПК применяется в виде пленки для изоляции силовых трансформаторов и в качестве прокладок конденсаторов, для изготовления установочных деталей радиотехнического назначения (каркаса трансформаторов, корпуса и т.д.).

Поливинилхлорид (ПВХ) является термопластичным полимером со степенью кристалличности 10-25 %, получаемым полимеризацией винилхлорида. Химическая формула макромолекулы ПВХ [- CH2-CHCl-]n; в молекуле один атом Н заменен атомом Cl, поэтому поливинилхлорид является полярным диэлектриком. Благодаря сильным полярным межмо-

46

лекулярным связям, прочно соединяющим молекулярные цепи, ПВХ является прочным, жестким и негибким полимером. ПВХ до 60 оС стоек против действия соляной кислоты любой концентрации, серной кислоты - до 90 %-й, азотной до 50 %-й и уксусной до 80 %-й концентрации. ПВХ не изменяется при воздействии щелочей любых концентраций, промышленных газов, растворов солей Nf, Al, K, Cu, Fe и других металлов, а также бензина, керосина, масел, жиров, спиртов, глицерина. С физиологической точки зрения ПВХ совершенно безвреден, но при нагреве и при механических воздействиях при температуре выше 100 оС наблюдается деструкция макроцепей, проявляющаяся в выделении HCl и небольшого количества ароматических углеводородов (бензол), которые оказывают вредное воздействие (раздражение глаз и слизистой оболочки носа). При горении ПВХ выделяется большое количество тепла, образуется густой плотный дым.

Непластифицированный твердый ПВХ называется винилпластом. Применяется он для изготовления баков аккумуляторов, защитных покрытий для металлических емкостей, изоляционных трубок. Недостатком этого материала является низкая рабочая температура (не выше 70 оС), хрупкость при низких температурах (Тхр = -10 оС).

Для придания эластичности в ПВХ добавляют пластификаторы, в качестве которых используют хлорированный полиэтилен, сополимеры стирол-акрилонитрила или бутади- ен-стирол-акрилонитрила. Пластифицированный ПВХ имеет морозостойкость от -15 до -50 оС, а температуру размягчения 160-195 оС. Он применяется для изоляции монтажных проводов и низкочастотных кабелей низкого напряжения, изоляционных трубок, липких изоляционных лент и так далее.

Полиэтилентерефтолат (лавсан) - сложный поли-

эфир, получаемый поликонденсацией этиленгликоля и терефталевой кислоты, имеющий структурную формулу

47

Полиамиды (ПА)) являются полимерами линейного строения, содержащими в основной цепи макромолекулы амидные (-СО-NH-) и метиленовые группы (-СН2-). При поликонденсации диаминов и дикарбоновых кислот получают ПА (найлон) структурная схема макромолекулы которого имеет вид [-NH-(CH2)6-NHCO-(CH2)4-CO]n.

При полимеризации лактамов получают ПА (капрон) со структурной схемой макромолекулы [-NH-(CH)3-CO-]n. ПА - это легкокристаллизующиеся полимеры со степенью кристалличности 50-70 %. По внешнему виду ПА представляют собой твердые рогоподобные продукты от белого до светлокремового цвета, просвечивающиеся в тонком слое. Свойства различных ПА довольно близки. Они являются полярными диэлектриками с высокой механической прочностью и эластичностью; имеют низкий коэффициент трения и поэтому могут продолжительное время работать на истирание; кроме этого, ПА ударопрочны и способны поглощать вибрацию. Пленки и волокна, полученные из полиамидов, обладают большой прочностью на растяжение (400-500 МПа), что обусловлено ориентацией структуры макромолекул, получаемой при вытяжке.

Полиамиды стойки к действию щелочей и органических растворителей: бензина, масел, спиртов, бензола; устойчивы в тропических условиях. Но они растворимы в концентрированных кислотах, фенолах и амидах. К недостаткам ПА относятся повышенная гигроскопичность, ускоренное старение и появление хрупкости под влиянием солнечного света, а также при продолжительном контакте с кислородом воздуха или водой, имеющей температуру выше 100 оС. Устойчивость полиамидов к свету повышается введением различных стабилизаторов.

Полиамиды без наполнителей и с наполнителями используются как изоляционные и конструкционные материалы, к которым предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности и точности размеров. Из них изготав-

49

ливают каркасы катушек, шестерни, втулки, подшипники (с графитовым наполнителем). Волокна из ПА имеют высокую механическую прочность при растяжении, причем волокна из найлона прочнее, чем из капрона.

На основе полиамидов и полиэфиров созданы полимерные материалы - полиуретаны (ПУР), которые по структуре близки к структуре ПА, но плавятся при более низких температурах (175-180 оС). Свойства ПУР в основном близки к свойствам полиамидов, но они обладают большой влагостойкостью, устойчивы к окислению и действию кислот. Полиуретаны применяют в качестве эмалей для проводов, на их основе создают лаки, компаунды, пленки, антикоррозионные покрытия, волокна и др. Полиуретаны особо выгодно применять для деталей радиоаппаратуры, длительно работающей в интервале -60 +100 оС или в условиях тропического климата.

2.3. Термостойкие ненаполненные пластмассы

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) [-CF2-CF2-]n - линей-

ный термопластический полимер белого цвета, который получают полимеризацией газа тетрафторэтилена в присутствии инициаторов. ПТФЭ является полимером со степенью кристалличности около 90 %; аморфная фаза находится в высокоэластическом состоянии, что придает ему относительную мягкость. Кристаллическая структура его нарушается при нагреве около 327 оС - полимер становится прозрачным и переходит в высокоэластическое состояние. Высокоэластическое состояние сохраняется без перехода в вязкотекучее вплоть до температуры около 415 оС, при которой наблюдается интенсивное разложение полимера (деструкция) с интенсивным выделением газообразных продуктов.

ПТФЭ является наиболее химически стойким полимером из всех известных. При температуре до 260 оС он не растворяется ни в одном растворителе, на него не действуют ще-

50