Полимеризационные синтетические полимеры.

Полимерные углеводороды.К ним относят полистирол, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и др.

Полистирол – твердый прозрачный материал. Он является неполярным диэлектриком, с чем и связаны его высокие электроизоляционные свойства. Основные параметры полистирола приведены в таблице 2.1 Полистирол — термопластичный диэлектрик, размягчающийся при температуре 110—120°С.

Недостатками полистирола являются хрупкость при понижен­ных температурах, склонность к образованию поверхностных тре­щин, малая стойкость к действию растворителей (в частности, к бензолу, толуолу, четыреххлористому углероду) и невысокая нагревостойкость. Хрупкость и склонность к растрескиванию в зна­чительной степени устранены в ударопрочных полистиролах, кото­рые представляют собой смесь полистирола с синтетическими каучуками. Ударопрочные полистиролы отличаются повышенны­ми значениями ударной вязкости и диэлектрической проницаемо­сти. Остальные параметры практически остаются на том же уров­не, что и у обычных видов полистирола.

В промышленности полистирол применяют главным образом в качестве высокочастотной изоляции, благодаря малому значе­нию tgd. Ударопрочный полистирол применяют для изготовления каркасов индуктивных катушек, оснований и изоляторов для элек­троизмерительных приборов, корпусов радиоприемников, телеви­зоров и т. д.

Способом вытягивания размягченного полистирола получают гибкие полистирольные пленки.

Полиэтилен — неполярный, термопластичный диэлектрик белого или светло-серого цвета, получаемый в результате реакции полимеризации газа этилена.

Полиэтилен практически не гигроскопичен, гибок. Электроизо­ляционные свойства полиэтиленов находятся на таком же высоком уровне, что и у полистиролов, и отличаются высокой стабиль­ностью. По электрическим свойствам все разновидности полиэти­лена мало отличаются друг от друга и укладываются в параметры, приведенные в таблице. 2.1

Благодаря высоким электроизоляционным свойствам поли­этилен нашел широкое применение при изготовлении деталей радиотехнической аппаратуры, электроизоляционных пленок, его используют в качестве изоляции в различных проводах и кабелях (радиочастотных, монтажных, наземных и подводных телефонных и др.).

Следует отметить, что в сильных электрических полях проис­ходят структурные изменения, снижающие качество полиэтилено­вой изоляции, поэтому полиэтилен применяют при сравнительно невысоких напряжениях.

Смешивание трех разновидностей, полиэтилена друг с другом, а также с другими полимерами позволяет получать изоляцию с не­обходимыми свойствами.

Полипропилен — это линейный неполярный полимер, по­лучаемый из газа—пропилена СН2=СН-СНз.

Электроизоляционные свойства полипропилена аналогичны свойствам полиэтилена. Однако полипропилен более холодостоек и гибок, чем полиэтилен. Из полипропилена могут быть получены пленки, волокна, ткани и фасонные изделия методом литья под давлением. Полипропилен можно применять как комбинированный бумажно-пленочный диэлектрик в силовых конденсаторах, как пле­ночный диэлектрик в обмоточных проводах и т. д.

Поливинилхлорид — линейный термопластичный поли­мер, полученный в результате полимеризации газообразного моно­мера—винилхлорида H₂C=CH—С1.

Поливинилхлорид — полярный диэлектрик, что обусловлено асимметрией строения его молекул из-за наличия атомов хлора. Вследствие полярного строения, поливинилхлорид имеет понижен­ные электрические свойства по сравнению с неполярными полиме­рами (см. втаблице 2.1 ), но отличается большей стабиль­ностью при изменении частоты. Его удельное сопротивление почти не изменяется при повышении температуры вплоть до 90 °С. Наряду с поливинилхлоридом (винипластом) в электроизоляционной технике широко применяют пластифицированный поливинилхлорид (пластикат). Пластикат обладает большой эластичностью, более высокой холо­достойкостью (до —50 °С), чем непластифицированный поливинил­хлорид. Его недостатком является значительная зависимость удельного объемного сопротивления от температуры .

Поливинилхлоридный пластикат применяют для изготовления пленок, изоляционных лент, трубок, монтажных и телефонных проводов и др. При воздействии электрической дуги поливинил­хлорид выделяет большое количество газообразных продуктов, что способствует гашению дуги. Это свойство используется в так на­зываемых стреляющих разрядниках.

Полиметилметакрилат (органическое стекло, плекси­глас) — это прозрачный бесцветный материал, получаемый в ре­зультате полимеризации эфиров метакриловой кислоты.

Полиметилметакрилат — полярный термопластичный диэлектрик с малой гигроскопичностью и значительной химической стойкостью. Основные его параметры приведены в таблице 2.1.

Органическое стекло хорошо поддается механической обработке, легко сваривается в специальных устройствах при температуре 140—150 °С с применением давления на свариваемые поверхности 0,5—1 МПа, склеивается полярными растворителями. Применяют органическое стекло для изготовления корпусов приборов, шкал, линз и т. д.

Свойство выделять при воздействии электрической дуги большое количество газов (СО, Н₂, пары H₂O, CO₂) придает органическому стеклу качества дугогасящего материала, поэтому его применяют в разрядниках высокого напряжения, где требуется быстрое гашение возникшей дуги.

Фторорганические полимеры. Из этой группы наиболее широкое применение нашли политетрафторэтилен и политрифторхлорэтилен. Рассмотрим политетрафторэтилен, кото­рый получают путем полимеризации тетрафторэтилена F₂C=CF₂ и который имеет строение молекулы

 

F F F F

ç ç ç ç

¼ – C – C – C – C –¼

ç ç ç ç

F F F F

 

Благодаря симметричному расположению атомов в молекулах политетрафторэтилен неполярен. Отечественная промышленность выпускает этот материал под названием фторопласт-4. Цифра 4 указывает на число атомов фтора в молекуле мономера. Фторо­пласт-4 обладает необычайно высокой для органического вещест­ва нагревостойкостью (порядка +250 °С), что объясняется высо­кой энергией связи между углеродом и фтором и экранирующим влиянием атомов фтора на связи между атомами углерода.

Фторопласт-4—белый или сероватый материал с более высо­кой плотностью, чем плотность обычных органических полимеров. По электроизоляционным свойствам фторопласт-4 принадлежит к лучшим из известных диэлектриков (как показано в таблице 2.1 ). По химиче­ской стойкости он превосходит благородные металлы, что позво­лило широко использовать его при изготовлении изоляции, рабо­тающей в агрессивных средах. Он совершенно негорюч, практиче­ски не гигроскопичен, не смачивается водой и другими жидко­стями.

К недостаткам политетрафторэтилена можно отнести его малую твердость и хладотекучесть. Кроме того, он обладает малой радиа­ционной стойкостью и стойкостью в зоне электрической дуги.

Фторопласт-4 можно использовать как пластическую массу, из него получают различные фасонные изделия: листы, гибкие плен­ки, изоляцию для монтажных проводов и кабельных изделий и др.

Широкому внедрению фторопласта-4 препятствует его высокая стоимость и сложность технологии. Это обстоятельство заставило разработать ряд разновидностей фторопласта-4.

Политрифторхлорэтилен является полимером трифторхлорэтилена F₂С=CFCl, известен под названием фторопласт-3.

Замена в элементарном звене одного атома фтора атомом хло­ра вызывает появление дипольного момента, в силу чего фторо­пласт-3 полярен и обладает значительными диэлектрическими по­терями по сравнению с фторопластом-4. Нагревостойкость его ни­же, чем у фторопласта-4 и составляет 125 °С, нижний предел рабо­чей температуры составляет —195 °С.

Технология получения фторопласта-3 проще, он дешевле, чем фторопласт-4, применяется при производстве кабелей.