2798

этил(-С2Н5), фенил(-С6Н5). В соответствии с этим КО называют полиметилсилоксанами, полиэтилсилоксанами и полифенилсилоксанами. Полиорганосилоксаны (ПОС) могут быть

как термопластичными и иметь линейное строение так и термореактивными, т.е. образовывать пространственную структуру.

Линейные ПОС с невысокой молекулярной массой М - вязкие бесцветные жидкости, с большой М - эластомеры. ПОС с пространственной структурой - твердые хрупкие стеклообразные вещества.

Силоксановая связь Si-O более прочна чем связь С-С, что и определяет более высокую нагревостойкость и эластичность кремнеорганических полимеров по сравнению с большинством органических полимеров. Так, ПОС сохраняют эластичные свойства при 180 оС в течение 2000 ч, а при 220 оС - 150 ч. Жидкие полиметилсилоксаны, несмотря на то, что они имеют температуру плавления около 95 оС, нелетучи при высоких температурах и не перегоняются в вакууме. Некоторые ПОС, например полифенилсилоксан с наполнителем (алюминиевой пудрой), образуют пленки, стойкие в диапазоне температур от

-60 оС до +550 оС.

71

Полиорганосилоксаны имеют высокую атмосферостойкость, светостойкость, озоно- и дугостойкость, стойкость к действию влаги, ультрафиолетового облучения, частиц высоких энергий и проникающей радиации.

Диэлектрические свойства ПОС выше, чем у эпоксидных и фенолоформальдегидных смол. Они мало изменяются при высокой относительной влажности, нагреве до 190-200 оС, а также при высоких частотах. Но по сравнению с ними полиорганосилоксаны имеют более низкие механические свойства, худшую адгезию к другим материалам, плохую стойкость к органическим растворителям и меньшую маслостойкость.

Полиорганосилоксаны выпускают в виде жидкостей, лаков, эластомеров и твердых продуктов.

Кремнеорганические смолы используют для приготовления композиционных материалов, на основе которых изготавливают радиотехнические детали, длительно работающие при высоких температурах (300-350 оС) и в условиях повышенной влажности, в условиях тропиков и стойкие против излучений. Компаунды на основе кремнеорганических смол с различными добавками применяются для герметизации узлов радиоэлектронной аппаратуры, полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Малая гигроскопичность и практическая несмачиваемость водой кремнеорганических соединений позволяет применять их для защиты пластмасс, керамики от действия влаги, делая их водоотталкивающими.

2.5.2. Наполнители

Наполнители улучшают прочностные свойства пластмасс, уменьшают усадку при формообразовании из них деталей, повышают стойкость к действию различных сред и эксплуатационные свойства материала. Все наполнители подразделяются на неорганические (кварц, тальк, слюда) и органи-

72

ческие, а каждая из этих групп на порошкообразные и волокнистые.Рассмотрим некоторые из них.

Стекловолокна изготавливают на основе бесщелочных алюмоборосиликатных стекол следующего состава:

53SiO2, 15Al2O3, 10Ba2O3, 17CaO, 4MgO, не более 0,4Na2O.

Волокна изготавливаются диаметром 5-10 мкм; прочность

стекловолокон, рубленных коротких нитей, длинных стеклянных нитей, отрезков стеклянных жгутов и стеклянных тканей. Применение стекловолокон в качестве наполнителей в различном виде повышают статическую и ударную прочность композиционных пластмасс, теплостойкость. Для высоконагревостойких пресс-материалов на основе кремнеорганических смол используют в качестве наполнителей стекловолокна на основе кварцевого стекла. Такие пресс-материалы кратковременно выдерживают температуру 600 оС.

Изделия из стеклянного волокна плохо работают при многократном изгибе и истирании; в композиции со смолами стойкость к изгибу и истиранию повышается. При нагревании до 250-300 оС волокон из алюмоборосиликатных стекол, особенно стеклянной ткани, прочность почти не меняется; значительное снижение наблюдается выше 300 оС. Прочность кварцевых волокон при этой температуре практически не меняется.

Волокна и стеклоткани из алюмоборосиликатного стекла достаточно стойки к действию горячей воды и пару - по гидролитической классификации алюмоборосиликатное стекло относится к "стеклам, не изменяемым водой".

Стеклянные волокна и ткани из бесщелочного стекла нестойки к действию кислот - под действием кислот происходит растворение его компонентов и остается кремнеземистый

73

каркас. Высокой стойкостью к действию различных кислот, за исключением плавиковой, обладают волокна из кварцевого стекла.

Кварц - минерал, двуокись кремния SiO2. В композиционных пластмассах применяется молотый кварц (мелкодисперсный). Композиционные пластмассы с наполнителями из молотого кварца помимо высокой прочности имеют повышенные диэлектрические параметры.

Слюда представляет собой группу минералов, отличающихся ярко выраженной слоистой структурой и высокой анизотропией свойств. В радиотехнических изделиях в основном применяются два вида слюды: мусковит, химический состав которого соответствует приближенной формуле K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O и флогопит, имеющий химическую формулу K2O MgO Al2O3 SiO2 2H2O. Кроме того в слюды могут входить соединения железа, кальция, натрия и другие.

Мусковит представляет собой бесцветные пластинки изредка с розоватым или зеленоватым оттенком, температура плавления его 1230 оС. Флогопиты окрашены в более темные тона от янтарного до коричневого и черного; температура плавления их 1270 оС. По электрическим и механическим свойствам мусковит лучше, чем флогопит (табл.2.7).

74

Продолжение табл.2.7

Приведенные в табл. 2.7 электрические параметры слюд относятся к случаю, когда электрическое поле перпендикулярно плоскости пластин. При направлении электрического поля вдоль плоскости пластин свойства значительно хуже.

Слюда сохраняет свои механические и электрические свойства при нагреве до несколько сот градусов. При достижении определенной температуры из слюды начинает выделяться входящая в ее состав вода, что сказывается на снижении механических и электрических свойств, прозрачность при этом слюды ухудшается. Обезвоживание мусковитов происходит в основном в интервале температур 760-900 оС, флогопитов в интервале 1100-1200 оС. Флогопиты более нагревостойки, чем мусковиты.

Кроме слюды минерального происхождения существуют синтетические слюды - фторфлогопиты, в которых гидроксильные группы, присутствующие в природных флогопитах, заменены ионами фтора. Флогопиты обладают лучшими электрическими свойствами, чем природные, более высокой химической стойкостью, нагревостойкостью и радиационной стойкостью.

Слюда в измельченном виде (молотая слюда) используется в качестве наполнителя жаростойких пресс-ма- териалов. Прессованная смесь из порошкообразной слюды и стекла (микалекс) применяется для производства деталей мощных радиопередатчиков как дугостойкий материал в электрических установках. Мусковит наивысшего качества (образцовая конденсаторная слюда) используется для изготовления измерительных конденсаторов. Склеенные листовые

75

материалы на основе пластинок слюды (миканиты, слюдиниты, слюдопласты) широко используются в качестве изоляционных и прокладочных материалов в электротехнической промышленности.

Асбест представляет собой минерал, обладающий волокнистым строением. В качестве наполнителей пластмасс в основном применяется один из разновидностей асбестов - хризолитовый. Он представляет собой водный силикат магния, соответствующий химической формуле 3MgO 2SiO2 2H2O, с примесями Fe2O3, Al2O3 и др. Хризотиловый асбест при механическом воздействии легко расщепляется на тонкие волокна, длина которых колеблется от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Асбест обладает малой теплопроводностью и электропроводностью, негорюч,

огнестоек, плавиться начинает при температуре выше

1150 оС.

Асбест стоек против действия щелочей, но реагирует с кислотами. Он обладает заметной гигроскопичностью, которая уменьшается при пропитке смолами. В состав асбеста входит химически связанная вода, выделение которой начинается примерно при температуре 300-500 оС, при этом изменяется его кристаллическая структура. Механическая прочность асбестовых волокон достигает 30-40 МПа, но при длительном нагреве выше 380 оС прочность их падает. Волокнистый асбест совместно с другими наполнителями (слюдой, стекловолокнами) применяется для изготовления жаростойких и ударопрочных низкочастотных пресс-материалов, так как диэлектрические свойства его невысоки.

Тальк - минерал, представляющий собой водный силикат магния 3MgO 4SiO2 H2O. Это белый камень чешуйчатого строения, очень мягкий, хорошо размалывается в тонкий порошок. Температура плавления талька находится в пределах 1200-1600 оС. Применяется в качестве наполнителя в измельченном виде для изготовления пресс-материалов общего

76

назначения и литьевых пресс-материалов (для изготовления деталей литьем под давлением).

Органические наполнители представляют собой природное вещество - целлюлозу (клетчатку). Целлюлоза является высокомолекулярным соединением, имеющим формулу (С6Н10О5)n, где n находится в пределах 1000-2000. Молекулы целлюлозы имеют линейную структуру, характеризующуюся волокнистым строением и наличием продольных капилляров. Наличие большого количества гидроксильных групп в макромолекулах целлюлозы и пористости определяют высокую гигроскопичность, низкие диэлектрические свойства. С другой стороны волокнистость и капиллярность целлюлозы создает благоприятные условия для хорошей пропитываемости связующими веществами (смолами) и получению однородной структуры пластмасс.

Целлюлозу изготавливают из древесины, в основном хвойных пород, она имеет длинные волокна (размером 1-4 мм), что обеспечивает высокие механические свойства материала. Древесная мука применяется в качестве наполнителей в пресс-материалах общего назначения и в ударопрочных пластмассах. В древесной муке кроме целлюлозы присутствуют и нецеллюлозные компоненты: минеральные соли, смолистые вещества, лингин – органическое вещество, которое характеризуется наличием фенольных групп в макромолекулах. Электроизоляционная бумага, изготовленная на основе сульфатной полубеленой целлюлозы, является листовым

Слоистые пластики представляют собой материалы, изготовленные методом прессования волокнистых наполнителей (бумаг, тканей), предварительно пропитанных смолами. Слоистые пластики в общем виде являются полимерными ма-

77

териалами, армированными параллельно расположенными слоями наполнителя. Это определяет анизотропию их свойств в направлениях перпендикулярно и параллельно расположенных слоев наполнителя.

В качестве связующих материалов в слоистых пластиках в основном применяются фенолоформальдегидная и эпоксидная смола или комбинация на основе этих смол, и реже кремнеорганическая смола. Наполнителями служат бумага, стекловолокна, хлопчатобумажные ткани, асбестовые ткани, стеклоткани и синтетические ткани на основе капрона, лавсана. В зависимости от типа наполнителя слоистые пластики получили название гетинаксов, стеклопластиков, текстолитов, стеклотекстолитов. В устройствах радиоэлектронных средств наибольшее применение получили гетинакс, стеклопластик, стеклотекстолиты и текстолиты на основе синтетических тканей.

Гетинакс представляет собой листовой слоистый прессованный материал, изготовленный из слоев бумаги, пропитанных термореактивной смолой. Для гетинакса используют бумаги из целлюлозы, изготовленной сульфатным способом. Такие бумаги обладают большой механической прочностью и лучшей пропитываемостью смолами, чем бумаги из сульфитной целлюлозы. В качестве связующих материалов применяются фенолоформальдегидная и эпоксидная смолы.

Процесс изготовления гетинакса состоит из пропитки бумаги смолой, сушки и прессования пакетов под давлением 6-10 МПа при температуре около 150-160 оС. Время выдержки при прессовании зависит от типа применяемой смолы и толщины листа.

Изготовляются несколько типов и марок гетинакса, определяемых видом связующего вещества и бумаги, предназначенных для работы в различных условиях эксплуатации.

Некоторые свойства гетинакса типа III (по ГОСТ 253082) марки I (по ГОСТ 2718-74) приведены в табл. 2.8.

78

Таблица 2.8

Свойства слоистых пластиков

79

Продолжение табл.2.8

Слоистая структура гетинакса приводит к анизотропии различных свойств в направлениях, перпендикулярном и параллельном слоям. Так, удельное объемное сопротивление гетинакса вдоль слоев в 50-100 ниже, чем поперек слоев, а электрическая прочность вдоль слоев в 5-8 раз ниже, чем поперек. Анизотропия наблюдается и для механических свойств гетинакса.

Гетинакс относится к сильнополярным диэлектрическим материалам, так как основа (бумага) гетинакса и пропитывающие смолы являются полярными материалами. Он яв-

80