Электроизоляционные свойства линейных полярных полимеров

Свойства	Поливинилхлорид	Полиэтиленфторхлорэтилен (фторопласт-3)
Удельное объемное сопротивление, Ом·м Относительная диэлектрическая проницаемость при 1МГц Тангенс угла диэлектрических потерь при 1МГц Электрическая прочность, МВ/м Длительная рабочая температура, °С	10¹¹-10¹³ 3,1-3,4 0,1015-0,018 35-45	1,2·10¹⁶ 2,5-2,7 0,01 13-15 От -195 до +190

Полимеры, получаемые поликонденсацией. В зависимости от особенностей проведения реакции поликонденсации могут быть получены полимеры как с линейной, так и с пространственной или сетчатой структурой молекул. В связи с тем, что при поликонденсации происходит выделение низкомолекулярных побочных продуктов, которые не всегда могут быть полностью удалены из полимера, диэлектрические характеристики поликонденсационных полимеров несколько ниже, чем у получаемых с помощью полимеризации. Однако поликонденсационные полимеры могут быть получены с рядом ценных свойств, обусловливающих их широкое применение для материалов, применяемых в электротехнических целях. Так, линейные поликонденсационные полимеры имеют высокую прочность и большое удлинение при разрыве. Многие из них способны вытягиваться в тонкие нити, из которых можно получать электроизоляционные ткани, пряжу. Некоторые полимеры применяются для изготовления пленочных материалов. В отличие от линейных поликонденсационных материалов, которым присущи свойства термопластичных материалов, продукты с сетчатой структурой, являющиеся в своей конечной стадии термоактивными, широко применяются как связующее в пластмассах, в качестве лаковой основы и в производстве слоистых пластиков.

Фенолоформальдегидные полимеры (смолы) – продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом. В зависимости от условий проведения поликонденсации можно получить термопластичные смолы, называемые новолачными, или термоактивные, называемые резольными. Термоактивные смолы называют также бакелитом.

Новолачные смолы получают при избытке фенола (обычно 7:6) в присутствии кислоты, а резольные – при избытке формальдегида (6:7) в щелочной среде. Формула новолаков выглядит следующим образом:

Новолачные смолы сохраняют плавкость и растворимость в этиловом спирте и в других растворителях при нагревании. Их можно перевести в резолы действием формальдегида или уротропина (гексаметилентетраамина). Непосредственно после получения бакелит находится в стадии А (резол), в которой он сохраняет плавкость и растворимость в спирте. При нагревании бакелита в стадии А до температуры 110-140 ° Сон проходит через промежуточную стадию В (резитол), когда смола растворяется лишь частично, и переходит в неплавкую и нерастворимую стадию С (резит).

Новолачные смолы применяются для производства лаков и пресс-порошков для изготовления электрической изоляции, причем процесс перехода линейного полимера в пространственный осуществляется в прессах при изготовлении изделий после смешения смолы с уротропином.

Резит (бакелит в стадии С)отличается высокой механической прочностью и сравнительно хорошими электроизоляционными характеристиками. Полярность какноволачных смол, так и бакелитав стадии С связана с наличием в их молекулах гидроксильных групп ОН. Разложение резитов, сопровождаемое обугливанием, наблюдается при температуре выше 300°С.

При замене фенола анилином или крезолом получаются анилино- и крезолоформальдегидные смолы. Электрические свойства и водостойкость резитов этих смол лучше, чем у полученных на основе фенола и формальдегида. Все смолы резольного типа широко применяются при изготовлении слоистых пластиков (гетинакса и текстолита).

Полиэфирные смолы получают при поликонденсацин многоосновных кислот с многоатомными спиртами. Для электроизоляционных целей используют преимущественно этиленгликоль и глицерин. Линейные полиэфиры терефталевой кислоты являются термопластичными полимерами и применяются в виде пленок и волокон, а термореактивные полиэфиры используются в качестве основы лаков.

Термореактивные полиэфиры на основе фталевой кислоты называют глифталевыми смолами, которые на практике находят применение после модификации жирными кислотами. Электроизоляционные лаки на основе модифицированных глифталевых смол применяются для пропитки обмоток электрических машин, трансформаторов и других аппаратов, работающих в погруженном состоянии в минеральном масле.

Глифталевые лаки применяют в кабельной промышленности в качестве связующего стекловолокнистой изоляции обмоточных проводов.

Термопластичный полимер, получаемый из этиленгликоля и терефталевой кислоты, имеет строение

и называется полиэтилентерефталатом. Этот полимер называется лавсаном, в США – дакроном или майларом, в Великобритании – териленом. Пленки и нити лавсана применяют в производстве конденсаторов и в качестве пазовой изоляции электрических машин, а также для производства синтетических бумаг. Прочность пленок из лавсана в 10 раз выше, чем из полиэтилена (до 290МПа). Они имеют высокую электрическую прочность (до 180МВ/м) и повышенную нагревостойкость (длительная рабочая температура 120-130°С). Лавсан отличается стойкостью к подавляющему числу органических растворителей. По диэлектрическим показателям лавсан относится к слабополярным диэлектрикам и отличается высокими диэлектрическими свойствами.

Эпоксидные полимеры широко применяются в различных областях техники, что связано с рядом их ценных свойств, среди которых важное значение имеет способность отверждаться без давления при действии теплоты и отвердителей в толстых слоях с малыми усадками. Эпоксидные смолы характеризуются наличием в их молекулах эпоксидных групп (колец)

В исходном состоянии экпоксидные смолы представляют собой вязкие жидкости, которые под действием особых веществ – отвердителей – переходят в твердое состояние, становясь термореактивными материалами. В процессе отверждения, который протекает равномерно, эпоксидные смолы приобретают пространственное строение. Процесс отверждения является чистой полимеризацией, т. е. протекает без выделения каких-либо побочных продуктов. Эпоксидные смолы могут отверждаться при комнатной температуре (холодное отверждение) или при нагреве до 80-150°С. В последнем случае получается более высокая электрическая прочность. Выбор отвердителя оказывает большое влияние на различные свойства отвержденных эпоксидных смол, такие, как эластичность, нагревостойкость и др. Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют часто азотсодержащие вещества (амины), для отверждения при нагреве — ангидриды органических кислот. Применению в электротехнике эпоксидных смол способствует их малая усадка при отвердевании, которая не превосходит 0,5-2%.

В качестве электроизоляционных и герметизирующих материалов эпоксидные полимеры широко применяются в радиоэлектронике, приборостроении, электротехнике. Как высокопрочные конструкционные материалы они находят применение в ракетной и космической технике, авиации, судостроении, машиностроении. Благодаря хорошей адгезии к стеклу, керамике, дереву, пластмассам, металлам эпоксидные полимеры применяются для изготовления высокопрочных клеев. Клеевые швы устойчивы к действию воды, неполярных растворителей, кислот, щелочей и характеризуются высокой механической прочностью. Эпоксидные полимеры применяются также для изготовления лакокрасочных покрытий. На основе эпоксидных полимеров изготовляют компаунды горячего и холодного отверждения. В качестве наполнителей широко применяют минеральные и органические вещества.

Многие эпоксидные смолы и их отвердители оказывают на организм человека токсическое действие, поэтому работа с ними требует соблюдения необходимых правил предосторожности. Отвержденные эпоксидные смолы уже не токсичны.

Кремнийорганические смолы (полиорганосилоксаны, силиконы) были впервые синтезированы в Советском Союзе в 1937 г. благодаря работам К. А. Андрианова. В настоящее время в промышленности выпускается огромное количество кремнийорганических высокомолекулярных соединений, которые находят широкое применение благодаря ряду ценных свойств, прежде всего высокой термо-, тепло-, водо-, атмосферостойкости и хорошим диэлектрическим свойствам.

Кремнийорганические полимеры представляют собой неорганические цепи, состоящие из атомов кремния и кислорода и обрамленные органическими радикалами. Основу строения молекул составляет «силоксанная» цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода:

Полиорганосилоксаны могут быть как термопластичными, т. е. иметь линейную структуру молекул

так и термоактивными с пространственной структурой типа, где под R подразумеваются органические радикалы, такие, как этил – С₂Н₅, метил – СН₃, фенил – С₆Н₅.

Свойства полиорганосилоксанов зависят от характера силоксановой связи и наличия органических радикалов у атомов кремния. Связь кремний – кислород термически более устойчива, чем углерод – углеродная связь. Органические радикалы у атомов кремния снижают термическую стойкость полиорганосилоксанов, но в то же время придают им водостойкость и эластичность, характерные для органических материалов,

Кремнийорганические полимеры могут быть получены в виде эластичных смол, твердых тел и жидких диэлектриков. Благодаря тому, что кремнийорганические соединения практически не смачиваются водой, они находят применение для придания водоотталкивающих свойств пластическим массам, керамике и другим материалам.

К недостаткам этих смол относятся их сравнительная дороговизна, низкая механическая прочность, плохая адгезия к большинству других материалов и низкая маслостойкость.

Полиорганосилоксановые лаки находят применение в качестве связующих для различных композиционных электроизоляционных материалов, например слюдяных материалов, пластмасс, слоистых пластиков, стеклотканей, в качестве пропиточных составов для изоляции электрических машин класса нагревостойкости Н, влагостойкого исполнения, а также для работы в условиях тропиков, для заливки и компаундирования узлов и деталей электронного оборудования.

Полиимиды (ПИ) – полимеры, содержащие имидную группировку атомов - относятся к числу наиболее нагревостойких органических полимеров. При 500°С пленка из полиимидов вдвое прочнее, чем пленка из полиэтилена при 20°С. Разложение полимера начинается при температуре выше 400°С, пленка не плавится и не размягчается при температуре до 800°С. Наряду с высокой нагревостойкостью полиимиды обладают исключительной холодостойкостью вплоть до -269°С. Отличаются хорошими диэлектрическими показателями. Применяют полиимиды для изготовления пленок, лаков, нагревостойких волокон.