Поликонденсационные диэлектрики

Поликонденсационные полимерные диэлектрики получают в результа-те реакции поликонденсации – процесса образования высокополимерного вещества из одного или нескольких низкомолекулярных веществ с выделени-ем побочных продуктов реакции. В этом случае состав получаемого полимера отличается от состава исходных мономеров.

Поликонденсационные диэлектрики представляют собой термореакти-вные вещества, не размягчающиеся при нагревании. Они имеют аморфную структуру, из-за чего называются смолами.

Фенолоальдегидные (резольные) полимеры. Из резольных полимеров наибольшее применение получили бакелиты. Они образуются при реакции поликонденсации, протекающей между кристаллическим фенолом С₆Н₅ОН и газом – формальдегидом СН₂О в присутствии катализатора – гидроксида ба-рия ВаОН₂ или гидроксида аммония NН₄ОН.

В результате первой стадии реакции образуется бакелитовая смола (олигомер), его растворяют в этиловом спирте для получения лака. Бакелито-вый лак используется для пропитки волокнистых основ (бумага, ткань), из которых методом горячего прессования получают слоистые диэлектрики – гетинакс, текстолит

Все резольные полимеры в конечной стадии реакции переходят в неп-лавкое и нерастворимое состояние. Основные характеристики резольных полимеров в конечной стадии следующие: плотность 1250÷1270 кг/м³; σ_р = 14÷25 МПа; ρ _V ≈ 10¹⁰÷10¹² Ом·м; ε_r = 5÷6; tgδ = 0, 008÷0,01; Е_пр =20÷30 Мв/м.

Резольные полимеры и изделия на их основе стойки к влаге и мине-ральным маслам, но не стойки к электрическим искрам. Под действием даже слабых электрических разрядов поверхность отвержденных резольных полимеров и изделий из них легко науглероживается, т.е. создаются токопро- водящие мостики между токоведущими частями.

Новолачные полимеры, так же как резольные получают в результате ре-акции поликонденсации между фенолом (или крезолом) и формальдегидом,

но при других весовых соотношениях.

Характеристики отвержденных новолачных полимеров более низкие по сравнению с характеристиками резольных: ρ _V ≈ 10⁹÷10¹⁰ Ом·м; ε_r = 6÷7; tgδ = 0, 04÷0,05; Е_пр =10÷12 Мв/м. Пониженный уровень электрических характе-ристик и повышенная водопоглощаемость позволяют использовать новолач-ные полимеры главным образом для производства вспомогательных деталей в радиоаппаратуре (ручки, кнопки и др.).

Эпоксидные смолы – преимущественно маловязкие жидкости желтого или светло-коричневого цвета. Это низкомолекулярные вещества (олиго-меры), получаемые в результате поликонденсации хлорированного гли-церина и диана (или резорцина). При введении в жидкий эпоксидный олигомер порошкообразных или жидких отвердителей в нем начинают про-текать процессы соединения молекул олигомера в большие группы, в резуль- тате чего образуется твердое термореактивное вещество – эпоксидный проз-рачный полимер с высокими электрическими и механическими характерис-тиками. Эти свойства эпоксидных полимеров широко используют для герме- тизации различных компонентов и узлов аппаратуры.

Лавсан (полиэтилентерефталат) – высокополимерный материал, по-лучаемый в результате поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгли- коля. Образующийся при этом полимер представляет собой твердый проз-рачный материал с аморфной структурой, устойчивой до 80°С.

Лавсановая пленка имеет кристаллическую структуру, но остается прозрачной. Пленка имеет следующие характеристики: σ_р = 120÷172 МПа; е_р =50÷60%; σ_р ≈ 14 МПа; водопоглощаемость не более 0,5% (за 7 сут); ε_r = 3,2; ρ _V ≈ 10¹²÷10¹³ Ом·м; tgδ = (5÷8)10^-3; Е_пр =120÷160 Мв/м (в зависимости от толщины); λ=0,15 Вт/(м·К). Лавсановая пленка применяется в производстве конденсаторов, выпускается толщиной 3-25 мкм.

Из расплавленного лавсана изготовляют изделия различной формы (платы, каркасы катушек). На основе лавсана изготовляют электроизоля-ционные лаки, обладающие хорошей адгезией к металлам, их применяют для изоляции обмоточных проводов.

Материалы на основе лавсана обладают высокой стойкостью к грибковой плесени и другим микроорганизмам, повышенными механически-ми и электрическими характеристиками, нагревостойкостью до 150°С, холод- остойкостью до -60°С. На основе лавсановой пленки изготовляют гибкий фольгированный диэлектрик ЛФ-1. Он представляет собой лавсановую плен-ку, на которую наклеена медная фольга. Этот диэлектрик применяют в про-изводстве многослойных печатных плат, шлейфов, печатных проводов.

Полиорганосилоксаны (силиконы) – полимерные кремний органичес-кие материалы, обладающие спсобностью работать в широком интервале температур (от -60 до +200°С), отличающиеся влаго- и тропикостойкостью, высоким уровнем электрических характеристик.

В основе молекул силиконов лежит силоксанная группировка атомов Si-O-Si (кремний – кислород – кремний), имеющая большую энергию связи. Это обусловливает большую нагревостойкость этих диэлектриков. В зави-симости от вида присоединенного органического радикала и их числа могут быть получены жидкие, каучукоподобные, эластичные, твердые и хрупкие диэлектрики, а также лаки и эмали.

Кремнийорганические диэлектрики – слабополярные вещества, их эле-ктрические характеристики следущие: ρ _V ≈ 10¹²÷10¹⁴ Ом·м; tg δ = 0,0005÷0,005;

ε_r =2,6÷4; Е_пр =30÷80 Мв/м (у лаковых пленок Е_пр =130÷150 Мв/м). Электрические характеристики этих диэлектриков мало изменются при наг-ревании, тепловом старении и пребывании в воде.

Полиамиды – нагревостойкие негорючие полимерные диэлектрики, ко- торые могут длительно работать в широком интервале температур (от -190 до +250°С). Полиамиды получают в результате поликонденсации диангидрида, пиромеллитовой кислоты и ароматических соединений – диаминов. Эти диэ- лектрики обладают нагревостойкостью, они не размягчаются до температуры начала их разложения (435°С) и ни в чем не растворяются, за исключением концентрированной серной и азотной кислот и некоторых щелочей.

Из полиамидов изготовляют пленку толщиной 5 – 100 мкм, использу-емую для изоляции. Пленка обладает следующими характеристиками: плотность 12420 кг/м³; σ_р = 80÷100 МПа; нагревостойкость 220–250°С; холо- достойкость от -60 до -150°С; водопоглощаемость не более 0,8% (за 24 ч);

ρ _V ≈ 10¹⁴÷10¹⁵ Ом·м; ε_r = 12,8÷3,5; tgδ = (2÷8)10^-3; Е_пр =70÷150 Мв/м.

Существуют хорошо растворимые разновидности полиамидов, исполь- зуемых для изготовления клеев, изоляционных лаков и эмаль-лаков для изо-ляции обмоточных проводов. Растворителями для полиамидных лаков слу-жат ксилол, диметилформамид. Все полиамидные лаки обладают хорошей адгезией к металлам, многим пластмассам и керамике.