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.