Смолы природные и синтетические

1. Природные смолы. К природным (естественным) смолам принадлежат продукты жизнедеятельности животных или растительных организмов. Из естественных смол в производстве электроизоляционных лаков и компаундов наиболее широко применяется канифоль, значительно меньше шеллак и копалы.Природные растительные смолы получают упариванием растительных соков, которые вытекают из растений естественным путем или при надрезании стеблей и стволов. Их можно экстрагировать из растительного сырья такими растворителями, как спирт и эфир. К растительным смолам относится, например, сосновая канифоль, а также смола, получаемая из клубней скаммонии (вьюнка смолоносного Convolvulus scammony), и ископаемые окаменелые смолы янтарь и копал.

Смолы животного происхождения редки.Одна из них, шеллак, представляет собой выделения лаковых червецов, живущих на растениях семейства мимозовых в Индии. Некоторые растительные смолы используют в медицине; так, смола скаммонии применяется как слабительное.

Другие смолы, например, шеллак, входят в состав политур. Имеется множество сортов синтетических смол, используемых для получения пластмасс. Канифоль (гарпиус)— хрупкая прозрачная в тонком слое смола, получаемая из смолы (живицы) хвойных деревьев, преимущественно сосны, способом отгонки жидких составных частей — терпентинного масла (скипидара). Состав живицы может колебаться в зависимости от условий местности и сорта живицы.Другой способ добывания канифоли — экстракционный, заключающийся в том, что куски дерева, пни, ветви обрабатываются растворителями, которые затем подвергаются разгонке.

Существуют также смолы деревьев других хвойных пород, например, кедра, пихты и лиственницы. Их обычно называют бальзамами. Пихтовый бальзам (канадский бальзам), отличается очень высокой степенью прозрачности и нормированным показателем преломления.Его применяют в качестве клея для склеивания оптических линз. По химическому составу канифоль состоит главным образом из абиетиновой кислоты (С 20 Н 30 О 2 ) и ее изомеров, остальное — неомыляемые, зола, влага и механические примеси.

Содержание кислот в канифоли составляет 85 –90%. Канифоль хорошо растворима в спирте, бензоле, скипидаре, минеральных и растительных маслах.Характеристика Марки канифоли Сорт Высший 1-й 2-й Температура размягчения по Кремер Сарнову, °С, не менее 54 Кислотное число, мг/КОН, не более 150 Количество неомыляемых, %, не более 10 Количество влаги, %, не более 0,3 0,3 0,4 Количество золы, %, не более 0,3 0,4 0,5 Содержание механических примесей, %, не более 0,05 0,1 0,1 Электрические свойства канифоли: pv =10 15 * 15 17 Ом * см; Епр =10 …15кВ/мм. При нагревании выше температуры плавления значительно увеличивается проводимость и tg δ. Канифоль применяется в чистом виде для изготовления заливочных кабельных масс, пропиточных компаундов, искусственных копалов и модификации полиэфирных смол. Чаще всего канифоль применяется в виде различных препаратов: эфира гарпиуса (глицериновый эфир канифоли) и резинатов, представляющих собой соли абиетиновых кислот (марганцовые, кобальтовые, кальциевые и др.). Введение в состав электроизоляционных лаков больших количеств канифоли значительно снижает их влаго и водостойкость и способствует размягчению при повышенных температурах.

О канифоли создается впечатление, как о хорошем диэлектрике.

И многие заблуждаются, читая вышеуказанные характеристики. Но это не так: во-первых, ее реальное объемное сопротивление на три порядка меньше указанных расчетных значений, во-вторых, она совершенно не устойчива к воздействию атмосферной влаги: гидролизуется и омыляется.

Поэтому она может использоваться только в герметичных электроизоляционных конструкциях, в силовых кабелях и т.д. Об этом приходится говорить, поскольку некоторые технологи, заблуждаясь, оставляют канифоль на платах после пайки, не смывая ее, ссылаясь на вышеуказанные электроизоляционные характеристики. Не зная, что продукты ее гидролиза — коррозионная среда, разрушающая всю конструкцию.

В настоящее время канифоль практически не используется в составе различных радиофлюсов, а заменяется ее синтетическими аналогами. Например, фенолформальдегидными смолами (новолаками). Шеллак.Шеллак получают из гуммилака, представляющего собой смолу, образующуюся на ветвях тропических растений вследствие укуса особого насекомого, которое, перерабатывая сок в своем организме, выделяет его в виде смолы, называемой гуммилаком.

Главные места добычи гуммилака: Индия, Бирма, Малайские острова, Индонезия. Шеллак получают в виде чешуек — от светло-лимонного до темно-оранжевого цвета, в зависимости от степени очистки.По химическому составу шеллак состоит главным образом из эфиров алейритиновой (C16 H 32 O 5) и шеллоновой (C 15 H 20 O 5) жирных кислот. Торговый шеллак содержит шеллачной смолы 83 –86%, шеллачного воска 3 –6%, влаги до 2%, красящие вещества и другие примеси.

При нагревании (до 35 °С) шеллак становится пластичным и при 80 °С плавится; продолжительный нагрев при 100 –110 °С приводит шеллак к потере способности плавиться и растворяться.Растворяется шеллак лучше всего в спирте, аммиаке, в растворах едких щелочей, соды, буры. Шеллак хорошо сплавляется с канифолью, глифталями, битумами и другими смолами. Физико-химические свойства шеллака Плотность 1,04 –1,08 Водопоглощаемость около 5% Температура размягчения 80 –90 °С Температура плавления 110 °С Кислотное число 75 –60 Число омыления 194 –215 Йодное число 10 –20 Электрические свойства: p =10 15 10 16 Ом см, е =3,5, E =20 …30 кВ/мм, tg б =0,01 Шеллак обычно применяется в виде спиртовых растворов (лаков) различной концентрации, а также в виде сухого порошка.

В производстве электроизоляционных лаков шеллак применяется в ограниченном количестве; в виде порошка идет для изготовления некоторых марок коллекторного миканита.

Копалы.Копалы представляют собой смолы, обычно ископаемые, растительного происхождения, добываемые главным образом в тропических странах, и обозначаются географическими названиями мест, где они добываются. В СНГ копалы имеются на Кавказе, на Дальнем Востоке и в Калининградской области на побережье Балтийского моря (янтарь). Копалы представляют собой твердые вещества в виде кусков различной формы, цвета и прозрачности, отличающиеся высокой температурой плавления.

Янтарь обладает наивысшей твердостью и температурой плавления по сравнению с другими ископаемыми смолами. Янтарь, почти нерастворим ни в каких растворителях. Температура его размягчения 175 –200 °С, температура плавления — выше 300 °С. Расплавленный янтарь растворяется в скипидаре, сероуглероде, бензине и маслах.Янтарь имеет очень высокие диэлектрические свойства, особенно высокое сопротивление изоляции, что делает его ценным диэлектриком для изготовления электроизмерительных приборов.

Электрические свойства янтаря следующие: р=10 19 Ом/см; е =2,8;tg б =0,001. Янтарь нужно выделить как самый лучший природный диэлектрик. Его до сих пор используют в электрометрах и электретах. Спиртовой раствор янтаря — хороший флюс, остатки которого действительно не нужно смывать, если платы потом не лакируют. Его остатки — диэлектрик. Для изготовления подобных флюсов вполне можно применять «несортовой », так называемый технический янтарь.Нерастворимые в спирте примеси легко отделяются методом центрифугирования с дальнейшей фильтрацией.

В дополнение к микропористым фильтрам идут также ионообменные смолы, которые осуществляют еще более тонкую очистку. В производстве электроизоляционных лаков копалы ранее очень широко применялись для изготовления высококачественных масляно-копаловых лаков.В связи с развитием промышленности синтетических смол они потеряли свое значение, и применение их очень ограничено. 2. Твердые органические диэлектрики. К органическим диэлектрикам относятся материалы, в составе которых находится углерод.

В качестве добываемые преимуще¬ственно в Африке и Юго-Восточной Азии. Раньше благодаря растворимости в растительных маслах они довольно широко применялись в производстве электроизоляционных лаков, сейчас практически вытеснены синтетическими полимерами.Я Янтарь - также ископаемая смола, добываемая в России, обладающая очень высокими электрическими параметрами: удельное сопротивление органических диэлектриков в промышленности при¬меняют как природные, так и синтетические полимеры, которые получают методом химического синтеза.

Часто их называют смо¬лами. Открытие синтетических полимеров сыграло большую роль в развитии многих отраслей, в том числе электротехники и радио¬электроники. Большинство органических диэлектриков представляют собой высокомолекулярные вещества, которые содержат очень большое число атомов или простейших молекул.Основу многих высокомо¬лекулярных диэлектриков составляют полимерные соединения, которые получают из мономеров (низкомолекулярных соединений) в процессе реакций полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация - это процесс соединения большого числа моно¬меров с образованием нового высокомолекулярного вещества (по¬лимера) без выделения побочных продуктов реакции. Поликонденсация - это процесс соединения разнородных моно¬меров с образованием полимера и выделением побочного продук¬та реакции.Свойства полимеров определяются химическим составом, вза¬имным расположением атомов и строением макромолекул.

По стро¬ению макромолекулы полимеров делятся на линейные (нитевидные) и пространственные (сетчатые). Линейные полимеры представляют собой сочетание звеньев одной определенной структуры. Сочетание двух или трех химичес¬ки различных звеньев образуют полимеры, которые называют со¬вмещенными или сополимерами. Линейные полимеры относят к термопластичным материалам.Они обладают следующими свойствами: температура размягчения 50 120°С, сравнительно высокий температурный коэффициент объемного расширения ТКР, невысокая теплостойкость, легко де¬формируются при нагревании и затвердевают при охлаждении, име¬ют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твер¬дого состояния в жидкое или текучее.

Электрические свойства линейных полимеров зависят от рас¬положения атомов или определенной группы атомов в цепи мак¬ромолекулы.Линейные полимеры с несимметричным строением атомов являются полярными и имеют большие диэлектрические потери.

Линейные полимеры с симметричным строением мономе¬ров являются неполярными и имеют малые диэлектрические по¬тери. Большинство материалов на основе линейных полимеров имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее. Некоторые полиме¬ры склонны к образованию кристаллов, т. е. способны кристалли¬зоваться. В пространственных полимерах макромолекулы связаны поперечными химическими связями.Пространственные полимеры относятся к термореактивным ма¬териалам.

Они обладают следующими свойствами: большая жест¬кость, чем у линейных полимеров; при нагревании не размягчают¬ся; не гибкие; не способны образовывать пленки и волокна; не ра¬створяются в растворителях. По тепловым свойствам полимеры подразделяют на термоплас¬тичные и термореактивные.Термопластичные материалы (термопласты) характеризу¬ются тем, что нагревание до температуры, соответствующей плас¬тическому состоянию, не вызывает необратимых изменений их свойств . Они тверды при достаточно низких температурах, но при нагревании становятся пластичными и легко деформируются.

В настоящее время термопластичные материалы составляют при¬мерно 75% всех потребляемых мировой электротехнической про¬мышленностью полимерных материалов.В термореактивных (термоотверждающихся) материалах при достаточной выдержке при высокой температуре происходят необратимые процессы, в результате которых они теряют способ¬ность плавится и растворяться, становясь твердыми и механически прочными. 3. Полимеризационные синтетические полимеры Полимеризационные синтетические полимеры получают в про¬цессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафи¬олетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При поли¬меризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и молекулы, соединяясь между собой, еще больше удлиняются.

Наибольшее распространение получили блочный, эмульсион¬ный, лаковый и газовый способы полимеризации.Блочный способ полимеризации состоит в том, что предва¬рительно очищенный от примесей жидкий мономер смешивают с катализатором, заливают в нагретую до определенной температу¬ры форму и выдерживают при этой температуре до полного окон¬чания процесса полимеризации. В результате получают твердые бло¬ки материала, которые поступают в дальнейшую переработку.

Таким способом получают полистирол, полиметилметакрилат (оргстекло). Эмульсионный способ полимеризации представляет собой процесс, при котором исходный жидкий мономер с помощью эмульгатора¬ (Эмульгатор – это вещество, способствующее образованию эмульсий; эмульгаторами являются мыла, желатины и многие синтетические вещества.) превращают и мельчайшие капельки, взвешенные и другой жидкости, которая не растворяет этот мономер (вода, бензин и др.). В полученную эмульсию (Эмульсия – это жидкость, в которой находятся во взвешенном состоянии микроскопические капельки другой жидкости.) вводят инициатор (Инициатор – это зачинатель цепной химической или ядерной реакции в результате внешнего воздействия на систему.) и массу нагревают до температуры, при которой начинается химическая реакция.

В про¬цессе полимеризации эмульсию постоянно перемешивают. В резуль¬тате получают порошкообразный полимер, незначительно загряз¬ненный эмульгатором, что снижает его диэлектрические свойства.

Затем порошок подвергают грануляции. Таким способом получают поливинилхлорид, нитрон.Лаковый способ полимеризации осуществляется непосред¬ственно в мономере, который растворяется в определенном раство¬рителе.

Таким способом получают поливинилацетат. При газовом способе полимеризация осуществляется в газо¬вой фазе в присутствии катализатора при температуре примерно 200°С и высоком давлении. Этот способ применяют в том случае, когда мономеры не полимеризуются ни по одному из перечислен¬ных способов. Таким способом получают полиэтилен высокого давления.К полимеризационным синтетическим полимерам относятся полимерные углеводороды, фторорганические полимеры, кремний¬органические полимеры (полисилоксаны). Полимерные углеводороды. К ним относят полистирол, полипро¬пилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласт, полиме¬тилметакрилат (оргстекло) и др. Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными свойствами.

Он яв¬ляется продуктом полимеризации мономерного стирола в присут¬ствии различных инициаторов (перекисей, гидроперекисей). По способу получения полистирол делится на блочный и эмуль¬сионный.

Полистирол обладает следующими свойствами: температура размягчения т раз =110 120 °С; теплостойкость по Мартенсу 78 80°С; низкая гигроскопичность; водостоек; малое значение тан¬генса угла диэлектрических потерь tgδ; устойчив к воздействию ней¬тронов и у-лучей; не растворяется в спиртах, парафиновых углево¬дородах; стоек к действию щелочей и ряда кислот.К недостаткам полистирола относят: хрупкость при пониженных температурах; склонность к старению с образованием трещин; ра¬створимость в ароматических углеводородах (бензоле, толуоле), хло¬роформе, концентрированной кислоте; невысокую нагревостойкость.

Теплостойкость и механическую прочность полистирола повы¬шают сополимеризацией стирола с другими мономерами и совме¬щением его с каучуками. Сополимеры стирола обладают более вы¬сокой теплостойкостью и механической прочностью, но их диэлек¬трические свойства хуже. Полистирол - один из лучших высокочастотных диэлектриков.Он применяется для изготовления каркасов индуктивных катушек, корпусов радиоприемников и телевизоров, плат переключателей, для изоляции кабелей и конденсаторов.

Из блочного размягченного полистирола способом вытягива¬ния получают электроизоляционные нити и гибкие полистироль¬ные пленки. Полистирольная пленка для радиодеталей должна быть прозрачной, без поверхностных загрязнений, пор, изломов, цара¬пин и трещин. Детали из полистирола получают литьем под давлением; прес¬сованием и механической обработкой.После изготовления детали подвергают термообработке при температуре 70 80°С в течение. 2 3 ч, а затем медленно охлаждают для снятия внутренних напря¬жений и предупреждения образования трещин.

Полиэтилен - твердый белый или светло-серый материал без запаха, неполярный диэлектрик, полученный в результате реакции полимеризации газа этилена. Электроизоляционные, свойства так же высоки, как и у полисти¬ролов, но отличаются высокой стабильностью.В отличие от поли¬стирола полиэтилены содержат значительное количество кристал¬лической фазы. Полиэтилен обладает следующими свойствами: высокая моро¬зостойкость (сохраняет гибкость при температуре -70°С); высо¬кая влагостойкость, не гигроскопичен; устойчив к действию креп¬ких кислот (кроме азотной), щелочей и многих растворителей; при комнатной температуре не растворим ни в одном растворителе; стоек к плесени; газонепроницаем; стоек к истиранию и вибраци¬ям; в пламени горит и оплавляется; предельная рабочая темпера¬тура 100°С (прочность начинает уменьшаться только при нагре¬вании выше 60°С). К недостаткам полиэтилена относят: тепловое старение приводит к образованию трещин на поверхности изделий; при нагревании до температуры 80°С и выше растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах; под действием концентрированной серной кислоты чернеет, а в концентрированной азотной даже при комнатной температуре набухает, увеличиваясь в массе на 4,6% в течение 85 сут.; под воздействием тепла, ультрафиолетового излучения, кислорода воздуха стареет; и сильных электрических полях происходят структурные изменения, снижающие качество изоляции.

Для получения электроизоляционного материала с необходимы¬ми свойствами смешивают полиэтилен трех разновидностей друг с другом или с другими полимерами, а также подвергают ионизиру¬ющему облучению.

Благодаря высоким электроизоляционным свойствам полиэти¬лен широко применяется как конструкционный материал для изго¬товления каркасов катушек, деталей, работающих в цепях высокой частоты.

Полиэтиленовые пленки толщиной от 0,02 до 0,2 мм при¬меняются при изготовлении кабелей и проводов. В микроэлектро¬нике применяют полиэтиленовые трубы в качестве соединительных шлангов, в установках для очистки различных газов, а также тру¬бопроводов для подачи и разлива особо чистой воды и для изго¬товления посуды для хранения, транспортировки жидких неорга¬нических химикатов.

Известны три основных промышленных метода получения полиэтилена: полимеризация этилена при давлении примерно 300 МПа и тем¬пературе примерно 200°С; в присутствии инициаторов (кислорода, органических перекисей). Полученный таким методом полиэтилен называют полиэтиленом высокого давлении.

Он содержит 55 67 % кристаллической фазы и выпускается бесцветным и окрашенным; полимеризация этилена при давлении 0,3 0,6 МПа и температу¬ре примерно 80°С в присутствии металлоорганических катализато¬ров. Полученный полиэтилен низкого давления содержит 75 85°/о кристаллической фазы и имеет более высокие механические свойства и более высокую температуру плавления, чем полиэтилен высокого давления; полимеризация этилена при давлении 40 атм. и температуре при¬мерно 150°С с использованием катализаторов оксидов металлов пе¬ременной валентности.

Полученный полиэтилен среднего давления обладает наиболее упорядоченной структурой и содержит до 95% кристаллической фазы. Одним из основных методов изготовления изделий из полиэти¬лена является литье под давлением при температуре 150 180°С. Пластины, блоки, листы и стержни из полиэтилена легко поддаются механической обработке резанием, сверлением, фрезерованием на станках, применяемых для обработки металлов.

Полипропилен - линейный неполярный полимер, получен¬ный полимеризацией газа пропилена аналогично полимеризации этилена низкого давления Он обладает такими же электроизоляционными свойствами, как полиэтилен.Полипропилен имеет температуру размягчения 160 170°С (выше, чем у полиэтилена); повышенную температуру плавления т пл. до 200 °С; водостойкость; хорошие механические свойства; более хорошую холодостойкость и гибкость, чем полиэтилен; эластич¬ность (удлинение при разрыве 500 700%). Полипропилен применяют как комбинированный бумажно-пле¬ночный диэлектрик в силовых конденсаторах, как пленочный ди¬электрик в обмоточных проводах Полипропилен перерабатывает¬ся в изделии теми же способами, что и полиэтилен; его выпускают в виде порошка, гранул, из него могут быть получены пленки, волок¬на, ткани и фасонные изделия.

Поливинилхлорид (ПBX) белый мелкодисперсный по¬рошок. Линейный полярный полимер, полученный в результате полимеризации газообразного мономера винилхлорида в присутствии эмульгаторов (желатина, поливинилового спирта) и инициаторов (перекиси водорода, перекиси ацетилена). Вследствие полярного строения поливинилхлорид имеет пони¬женные электрические свойства по сравнению с неполярными, но удельное электрическое сопротивление почти не изменяется при по¬вышении температуры до 90°С. Поливинилхлорид не растворяется в воде, бензине, спирте; раство¬ряется в дихлорэтане и метиленхлориде; набухает в ацетоне и бензоле.

При нагревании выше 140°С под действием света поливинил¬хлорид разлагается с выделением хлористого водорода.

Выделяю¬щийся газ вредно действует на организм человека и вызывает кор¬розию аппаратуры.Этот процесс сопровождается изменением физико-механических свойств: снижается прочность, относительное удлинение при раз¬рыве; повышается хрупкость, приводящая к появлению трещин; меняется цвет. В зависимости от способа полимеризации изготавливают сус¬пензионный (Это дисперсная система, состоящая из двух фаз – жидкой и твердой, где мелкие твердые частицы взвешены в жидкости) и латексный (Это сок каучуковых растений с содержанием до 30% каучука.

В промышленности используют также синтетические латексы – водяные дисперсии синтетического каучука.) поливинилхлориды.Суспензионный поливинилхлорид выпускают для кабельного светотермостойкого изоляционного материала, для кабельного пластиката и для изготовления винипласта. Винипласт - твердый, не содержащий пластификатора полимер, который получают горячим прессованием порошкообразного или пленочного поливинилхлорида.

Винипласт обладает следующими свойствами: предельная рабо¬чая температура 80°С; устойчив к действию бензина, масел, спиртов¬, фенола; до температуры 40°С устойчив к действию концентри¬рованных кислот, щелочей, растворов coлeй, хлора; высокая проч¬ность на удар; хорошая механическая прочность; низкая гигроско¬пичность; хорошие электроизоляционные свойства; низкая холодостойкость¬; низкая теплостойкость. Винипласт перерабатывается в изделия ударным прессованием при температуре 165 °С, механической обработкой, сваркой, склеи¬ванием.

Пленки из винипласта применяют для изоляции водопогружен¬ных электродвигателей, разделения катодных и анодных пластин, в аккумуляторных батареях и другой электрической аппаратуре, работающей в условиях повышенной влажности и воздействии кислот.В качестве конструкционного материала винипласт используют для изготовления гальванических ванн, кислотостойкой посуды (ем¬костей для хранения кислот, воронок для слива отработанных кис¬лот, щелочей и др.). Латексный поливинилхлорид используют для изготовления прочных пластиков, мягкой пленки, технической пасты и изоляци¬онных изделий.

Свойства поливинилхлоридов можно изменять в широких пре¬делах, вводя различные добавки: пластификаторы, стабилизаторы, наполнители, красители, получая пластикаты.

С увеличением со¬держания пластификатора в композиции прочность пластикатов уменьшается, относительное удлинение увеличивается; а диэлект¬рические свойства ухудшаются, однако они обладают более высо¬кой холодостойкостью (до 50°С) и большой эластичностью. Поливинилхлоридный пластикат применяют для изготовления пленок, изоляционных лент, монтажных и телефонных проводов, трубок, в качестве специальных светотермостойких изоляционных и шланговых материалов.При воздействии электрической дуги поливинилхлорид выделяет большое количество газообразных про¬дуктов, что способствует гашению дуги. Полиметилметакрилат (оргстекло, плексиглас) - про¬зрачный бесцветный материал, полярный диэлектрик, который по¬лучают в результате полимеризации эфиров метакриловой кислоты.

Полиметилметакрилат имеет малую гигроскопичность, высокую химическую стойкость; легко сваривается в специальных устрой¬ствах при температуре 140 150°С с применением давления на сва¬риваемые поверхности 0,5 1,0 МПа, склеивается полярными ра¬створителями.

Применяют органическое стекло для изготовления корпусов приборов, шкал, линз, а также в качестве дугогасящего материала, так как оно обладает свойством выделять при воздействии элект¬рической дуги большое количество газов (СО, Н2, СО2, пары H20). Фторорганические полимеры. Одним из существенных недостат¬ков органических синтетических полимеров является пониженная теплостойкость.Для большинства органических полимеров допус¬тимые рабочие температуры от 60 до + 1200С. Углерод, составля¬ющий основу органических полимеров, на воздухе, а тем более при нагревании, может окисляться, что приводит к разрушению поли¬мера. Для повышения теплостойкости в качестве основы для органических полимеров используют кроме углерода фтор, кремний, титан и др. Наибольшее распространение получили фторорганические (фторопласты) и кремнийорганические полимеры (полиси¬локсаны). Фторопласты - кристаллические полимеры фторпроизвод¬ных этилена, где атомы водорода замещены фтором.

Введение в мо¬лекулу полимера фтора, который прочно связывается с углеродом, повышает теплостойкость и химическую стойкость получаемого ма¬териала.

Их получают и автоклавах полимеризацией газообразных низкокипящих мономеров при повышенном давлении.В радиоэлектронике наиболее часто используют фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен). Фторопласт-4 - белый или сероватый материал с более вы¬сокой плотностью, чем у других органических полимеров.

Цифра 4 указывает на число атомов фтора в молекуле мономера. Он выпус¬кается также под названием фторлон-4, а за рубежом - под на¬званием тефлон.Фторопласт-4 обладает следующими свойствами: рабочий диа¬пазон температур от-250 до +250°С; высокие диэлектрические свой¬ства, мало зависящие от температуры; хорошие вакуумные свой¬ства; наиболее химически стойкий материал из всех известных по¬лимеров (его устойчивость к химическому воздействию выше, чем у золота, платины, стекла, фарфора, эмали, т. е. тех материалов, которые применяют для защиты от коррозии в самых сильнодей¬ствующих агрессивных средах; не смачивается водой и не набухает в ней; не растворяется ни в одном растворителе; не горит; по элект¬роизоляционным свойствам принадлежит к лучшим из известных диэлектриков; абсолютно стоек в тропических условиях и не под¬вержен действию грибков.

К недостаткам фторопласта-4 относят: выделение ядовитого га¬зообразного фтора в результате разложения при температуре выше 400°С, низкую радиационную стойкость, сложную технологию пе¬реработки, высокую стоимость, сравнительную мягкость и склонность к хладотекучести.

Из фторопласта-4 изготавливают тонкие конденсаторные и элек¬троизоляционные пленки толщиной 5 200 мкм. В зависимости от способа изготовления выпускаются ориентированные и неориен¬тированные пленки.В радиоэлектронике из фторопласта изготав¬ливают химическую посуду для выполнения технологических опе¬раций в агрессивных средах; в оснастке для температурных испы¬таний, так как он хорошо переносит резкую смену температур в широком диапазоне; в вакуумных вентилях.

Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) - полимер трихлорэтилена, в результате замены в элементарном звене одного атома фтора на атом хлора превращается в полярный диэ¬лектрик.Фторопласт-3 обладает следующими свойствами: нижний пре¬дел рабочей температуры 195 °С; более высокие механические свой¬ства, чем у фторопласта-4; влагостойкость выше, чем у фтороплас¬та-4; нагревостойкость ниже, чем у фторопласта-4, составляет 125°С; уступает фторопласту-4 по электрическим свойствам; высокая хи¬мическая стойкость, но ниже, чем у фторопласта-4; влагостоек; вы¬сокая дугостойкость; технология получения проще, чем фторопла¬ста-4; дешевле фторопласта-4. Выпускается в вице тонкого порошка белого цвета или полупроз¬рачного роговидного поделочного материала.

Применяется главным образом в виде суспензий для антикорро¬зионных покрытий. Спиртовые суспензии фторопласта-3 исполь¬зуют для получения покрытий на металлах (и том числе и на меди) и керамике.

Эти покрытия сохраняют свои свойства при темпера¬туре выше 100°С. Изоляция проводов и кабелей из фторопласга-3 позволяет эксплуатировать их при температуре 150 °С во влажных и агрессивных средах.Кремнийорганические полимеры (полисилок¬саны) представляют собой материалы, которые являются проме¬жуточным звеном между органическими и неорганическими мате¬риалами. В их состав кроме характерного для органических поли¬меров углерода С входит кремний Si. Основу строения их молекул образует силоксанная цепь чередующихся атомов кремния и кислорода.

Кремнийорганические полимеры могут быть термопластичны¬ми с линейным строением и термореактивными с образованием пространственных структур.Энергии силоксановой связи Si О больше, чем энергия связи между двумя атомами углерода С - С, что и определяет более высокую нагревостойкость кремнийорга¬нических полимеров по сравнению с большинством из рассмотрен¬ных. Атом кремния, связанный с кислородом, не может окисляться дальше, поэтому молекулы образовавшегося полимера при нагре¬вании не распадаются и вещество обладает повышенной нагревостойкостью¬. Кремнийорганические полимеры обладают следующими харак¬теристиками: высокие электроизоляционные свойства; дугостой¬кость; теплостойкость (способны длительно выдерживать темпера¬туру до 200 °С и кратковременно до температуры 5000С); водостой¬кость (гидрофобность), не смачиваются водой, так как образуют на поверхности тончайшую пленку, которая не впитывается и не пропускает воду; устойчивость к действию грибковой плесени; мо¬розостойкость; плохая адгезия (Это слипание поверхностей двух разнородных твердых тел или жидкостей) к большинству других материалов; низкая маслостойкость; достаточно высокая стоимость.

В зависимости от исходных веществ и технологии изготовления получают кремнийорганические пластмассы, клеи, лаки, компаунды. 4. Поликонденсационные синтетические полимеры.

В реакции поликонденсации участвуют не менее двух химичес¬ких веществ.

В результате образуются полимеры пространственной структуры, из которых получают прочные и теплостойкие термо¬реактивные материалы. Продуктами поликонденсации являются: фенолформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и полиамидные смолы.Фенолформальдегидные смолы. Фенолформальдегидные смолы получают путем поликонденсации фенола в водном растворе фор¬мальдегида при температуре 70 90°С в присутствии катализатора (кислоты или щелочи). Они могут быть термореактивными и тер¬мопластичными.

Важнейшей особенностью фенолформальдегидных смол является их способность в сочетании с различными наполнителями образо¬вывать фенопласты , которые обладают следующими свойствами: высокая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, спо¬собность длительное время функционировать при высоких темпе¬ратурах, способность функционировать в любых климатических условиях.Фенолформальдегидные смолы способны совмещаться со мно¬гими полимерами и образовывать сополимеры, которые обладают свойствами фенопласта и всеми положительными качествами со¬вмещенного с ним компонента.

Эти смолы подразделяют на резольные и новолачные.Если процесс ведут с избытком формальдегида в присутствии щелочи, то получают смолу, которая называется бакелитовой.Она может находиться в трех стадиях: резол (находится в твердом или жидком состоянии, может растворяться в органических раствори¬телях и плавиться); резитол (твердая смола, не растворяется в орга¬нических растворителях, но набухает в них; не плавится, но может размягчаться при повышении температуры); резит (твердая смола, не набухает в растворителях, не плавится, обладает механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, устой¬чива в водных и слабокислых средах, бензине, маслах). Резольные смолы - термореактивные материалы, полярные диэлектрики.

Применяются для изготовления таких слоистых пла¬стиков, как текстолит, гетинакс; для композиционных пресс-мате¬риалов (фенопластов); трубок, клеев и других материалов.

Если процесс ведут с избытком фенола в присутствии кислых катализаторов (соляной или щавелевой кислоты), то получают твер¬дые, хрупкие, прозрачные термопластичные смолы, которые назы¬вают новолаками. Новолаки термопластичны, плавятся при нагревании до темпе¬ратуры 100 120°С; растворяются в спирте, ацетоне и других орга¬нических растворителях.Они имеют невысокие электроизоляционные свойства, особен¬но во влажной атмосфере; низкую стойкость к искровым разрядам.

Новолачные смолы отличаются друг от друга содержанием фе¬нола (от 2 до 9%). При добавлении 10 15%-го уротропина они пе¬реходят в термореактивный резит. Применяют для изготовления корпусов приборов, плат, разъ¬емов, различных кнопок и ручек управления радиоаппаратуры, лака и как заменитель шеллака (Это смола, выделяемая насекомыми, обитающими на побегах некоторых тропических растений; применяется для изготовления лаков и политур.). Полиэфирные смолы.Полиэфирные смолы получают в резуль¬тате реакции поликонденсации различных многоатомных спиртов (гликоля, глицерина и др.) и многоосновных органических кислот (фталевой, малеиновой и др.) или их ангидридов.

По физическим свойствам они близки к природным смолам (канифоль, шеллак). Из полиэфирных смол наибольшее распространение получили лав¬сановая смола (полиэтилентетрафталат), глифталевая смола, поли¬карбонаты.Лавсановую смолу (полиэтилентетрафталат, лавсан) получают поликонденсацией терефталевой кислоты и этиленгликоля.

Он является термопластичным диэлектриком кристаллического или аморфного строения.В результате реакции поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля при медленном охлаждении образуется непрозрач¬ный кристаллический лавсан (кристаллическая фаза до 7.5°/о). Кристаллический лавсан имеет высокую температуру плавления 265°С; высокую механическую прочность в широком диапазоне тем¬ператур; хорошие электроизоляционные свойства; стоек к действию слабых щелочей, соляной кислоты, эфиров, масел, жиров, плесени и грибков; не устойчив к действию крепкой азотной и серной кислот, фенола, хлора; светопроницаемость пленки такая же, как у стекла, а также имеет малые гигроскопичность и газопроницаемость.

Кристаллический лавсан стареет под действием солнечных лучей. Лавсан кристаллического строения применяют для изготовле¬ния волокон, пряжи, тканей, тонких электроизоляционных пленок. Волокна и пленки используют для изоляции проводов и кабелей.Лавсановая конденсаторная пленка обладает высокой электричес¬кой прочностью и повышенной нагревостойкостью.

В результате реакции поликонденсации терефталевой кислоты, этиленгликоля, глицерина к отвердителя (бутилтитаната) при быс¬тром охлаждении получают прозрачный аморфный лавсан. Аморфный лавсан используют при изготовлении эмалирован¬ных проводов, при производстве электроизоляционных лаков. Плен¬ки лавсановых лаков термореактивны, т. е. не размягчаются при нагревании.Глифталевую смолу получают из простейшего трехатом¬ного спирта глицерина и избыточного количества фталевого ан¬гидрида при температуре 150 200°С в алюминиевых котлах. Это термореактивные смолы с ярко выраженными дипольно-релакса¬ционными потерями.

Глифталевые смолы обладают следующими свойствами: высо¬кая нагревостойкость, до температуры 130°С, высокая гибкость, достаточно высокая твердость, высокая клеящая способность, ра¬створимость в органических растворителях, размягчаются при на¬гревании, повышенная гигроскопичность при неполной полимери¬зации, стойкость к поверхностным разрядам.

Применяют как основу для клеящих, пропиточных и покрывных лаков, пленки которых стойки к нагретому минеральному маслу; для изготовления лаков, пластмасс, клеев. Поликарбонаты - это полиэфиры угольной кислоты.По¬ликарбонаты имеют хорошие электрические и механические свой¬ства, относительно высокую температуру размягчения (кристалли¬ческий поликарбонат размягчается при температуре 140°С), хоро¬шую химическую стойкость, невысокую гигроскопичность.

Применяют поликарбонаты для изготовления слоистых пласти¬ков, компаундов, пленок для изоляции в электрических машинах. Кремнийорганические смолы.Кремнийорганические полимеры (смолы) с пространственной структурой являются термореактивны¬ми (см. 5.2.1). Кремнийорганические смолы обладают высокой нагревостой¬костью до температуры +250°С высокой холодостойкостью до тем¬пературы -60°С; хорошими диэлектрическими свойствами, кото¬рые мало зависят от температуры; малой гигроскопичностью; хи¬мической инертностью.

В промышленности кремнийорганические смолы применяют для изготовления электроизоляционных материалов, таких как стекло¬текстолиты, слюдяная изоляция, компаунды, кремнийорганический лак, покрывные эмали, резиностеклоткани и др. Эпоксидные смолы. Эпоксидные смолы получают в результате хлорирования глицеринов с двухатомными или многоатомными фенолами в щелочной среде.В структуре эпоксидных смол содер¬жится не менее двух эпоксидных групп, в результате связывания которых происходит их отвердение.

В чистом виде эпоксидные смолы представляют собой термопла¬стичные низкоплавкие жидкие материалы, которые легко раство¬ряются во многих органических растворителях (ацетоне, толуоле, хлорированных углеводородах и др.), не растворяются в воде, мало растворяются в спиртах, длительно хранятся, не изменяя свойств. После добавления отвердителей эпоксидные смолы быстро от¬вердевают, приобретая пространственное строение.Отвердевание проходит в результате реакции полимеризации без выделения по¬бочных продуктов (воды и других низкомолекулярных веществ). Отвердевшие эпоксидные смолы являются термореактивными и могут образовывать толстый слой монолитной, водонепроницае¬мой изоляции.

В зависимости от типа отвердителя эпоксидные смо¬лы могут отвердевать при комнатной температуре («холодное от¬вердение» ) или с использованием нагревания от 80 до 150 °С, а так¬же при атмосферном или повышенном давлении.Для холодного используют азотосодержащие вещества, а для отверде¬ния при нагревании - ангидриды органических кислот.

Выбор от¬вердителя влияет на свойства отвердевшей эпоксидной смолы. Отвердевшие, эпоксидные смолы обладают сравнительно неболь¬шой усадкой, примерно 0,5 2%; высокой адгезией к пластмассам, стеклам, фарфору, металлам; нагревостойкостью выше, чем у крем¬нийорганических смол; механическими свойствами выше, чем у кремнийорганических смол стоимостью меньшей, чем кремнийор¬ганические смолы.Применяют для изготовления лаков, клеев, за¬ливочных компаундов. Многие эпоксидные смолы токсичны и могут вызывать кожные заболевания, при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Отвердевшие эпоксидные смолы уже не ока¬зывают на организм человека вредного воздействия.