Полимеры и пластмассы

Поли – много, мерос – часть, т.е. молекулы полимеров состоят из десятков – сотен тысяч молекул исходных веществ – мономеров. Например:

СН₂ = СН₂ – этилен (мономер); ( - СН₂ – СН₂ -)× n – полиэтилен(полимер).

Получают полимеры путём реакций:

а) полимеризации, т.е. объединения звеньев мономера в большие молекулы полимера без изменения химического состава и выделения побочных веществ;

б) поликонденсации, т.е получения полимера из нескольких исходных веществ с изменением химического состава и выделением побочных веществ;

В состав пластмасс обычно входят:

а) связующее – полимер;

б) наполнители – порошки, волокно, бумага, ткань и др.;

в) пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазывающие вещества.

1) Полимеризационные пластмассы – обычно термопластичны, нетеплостойки. Их выпускают обычно без наполнителя: полистирол, поливинилхлорид, фторопласты, оргстекло и др..

2) Поликонденсационные:

а) фенолформальдегидные смолы и пластмассы на их основе – фенопласты. Выпускают в виде пресспорошков, волокнитов, слоистых пластиков (гетинакс, текстолит, ДСП);

б) пластмассы на основе карбомидных смол - аминопласты;

в) на основе полиэфирных смол (пластмассы и лакокрасочные материалы);

г) на основе эпоксидных смол ( стеклопластики, клеи);

д) на основе полиамидных материалов ( капрон, нейлон);

е) на основе кремнийорганических полимеров (пластмассы, лаки, смазочные материалы, кремнекаучуки - с теплостойкостью до 250 ⁰С).

Различают:

Пластмассы без наполнителя - обычно термопластичны, теплостойкость 60…80⁰С, Е_пр = 15 …30 кВ/мм.

а) полистирол – применяют для твёрдых электроизоляционных изделий. Методом экструзии вырабатывают плёнку для изоляции в ВЧ кабелях и конденсаторах, Е_пр = 80 … 100 кВ/мм. Ударопрочный полистирол применяют для корпусов приборов и радиоаппаратуры;

б) полиэтилен – применяют для электроизоляционных плёнок, трубок, изоляции проводов, а также для твёрдых электроизоляционных изделий;

в) поливинилхлорид (ПВХ) – выпускают в виде жёсткого материала – винипласта, а также ПВХ – пластиката, используемого для изоляции проводов, кабелей и липкой изоленты;

г) оргстекло;

д) полиамиды (капрон и лавсан) – применяют для изоляции проводов, как основу лакотканей и для различных электромонтажных изделий;

е) полиуретаны – применяют для твёрдых электроизоляционных деталей, плёнок и как основу электроизоляционных лаков;

ж) фторопласты – применяют в виде плёнок, изоляции проводов, твёрдых электроизоляционных деталей. Нагревостойкость 200 … 400 ⁰С, обладают холодостойкостью.

Пластмассыс порошкообразными и волокнистыми наполнителями (порошки и прессмассы).

Изделия из них имеют повышенную Нагревостойкость - 110…150⁰С, Е_пр = 10 …20 кВ/мм.

а) фенопласты – на основе резольных и новолачных смол (фенолформальдегидных). Применяют для разнообразных электроизоляционных изделий, радио- и телефонной аппаратуры;

б) аминопласты – на основе карбомидных смол;

в) стекловолокниты – используются для изготовления деталей тягового электрооборудования и др., обладают повышенной прочность и нагревостойкостью.

Пластмассы с листовыми наполнителями.

6) Резины -применяют для изоляции проводов и кабелей, электроизоляционных и эластичных прокладок. Сырьём является натуральный или синтетический каучук. Вулканизацией (т.е. нагревом каучука и серы ~ 140 ⁰С) получают резину. В её состав также вводят наполнители (мел, тальк, кварцевая пыль), смягчители (парафин), ускорители вулканизации и красители (сажа, цинковые белила). Е_пр =15 … 25 кВ/мм. Рабочая температура: - 25…+100⁰С.

Выпускают мягкую резину (до 6 % S), полутвёрдую и твёрдую (до 20 % S), а так же эбонит (30 – 40 % S).

Мягкую используют для изоляции проводов, перчаток, электроизоляционных ковриков и т.п. Эбонит – для баков аккумуляторов и различных электроизоляционных деталей.

В настоящее время применяют различные синтетические каучуки, вырабатываемые из спирта, нефти и других продуктов.

7) Стекло - изготавливают варкой смеси (шихты), состоящей из кварцевого песка, соды, мела, доломита и других компонентов, при температуре 1350 … 1600 ⁰С.

Виды стёкол:

а) щелочные – сравнительно легкоплавкие с высоким содержанием щелочных окислов. Применяют для бытовых изделий;

б) щелочные, содержащие тяжёлые окислы - выпускают двух видов: флинты (PbO) и кроны (BaO); применяют при производстве конденсаторов;

в) малощелочные – содержат до 5 % щелочных окислов. Применяют для высоковольтных изоляторов. Изоляторы подвергают закалке, т.е. после прессования горячие изделия обдувают холодным воздухом, в результате их прочность повышается в 2 – 3 раза; E_пр до 45 кВ/мм;

г) бесщелочные (кварцевые) – тугоплавкие, применяют для изготовления стекловолокна, химической посуды, небольших изоляторов.

8) Электрокерамика- изготавливается из порошкообразной смеси глины, каолина, кварцевого песка, полевого шпата, окислов бария, кальция, титана и др.

Изделия получают сухим прессованием, выдавливанием через мундштук, прессформовкой или на гончарном станке, реже литьём.

Виды электрокерамики:

а) установочная (изоляторная). Основной вид - электрофарфор, Е_пр = 30 кВ/мм, рабочая температура до 100 ⁰С.

Применяют также стеатит - электрокерамику, имеющую повышенную механическую прочность, Е_пр до 40 кВ/мм, рабочую температуру до 250 ⁰С.

Ее используют в радиотехнике и в высоковольтной аппаратуре;

б) конденсаторная керамика. Е_пр = 20 … 25 кВ/мм, ε_r = 12…250. Основой готового материала являются – титанаты (MgTiO₃), станнаты и цирконаты;

в) сегнетокерамика – имеет очень высокую ε_r - до 6 …7 тыс., зависящую от приложенного напряжения, а также обладающую пьезоэффектом (деформация → U- прямой пьезоэффект, и обратный ~ U→ механические колебания той же частоты). Используется в малогабаритных конденсаторах и в различных датчиках.

9) Слюда – минерал слоистой структуры.

Основные виды:

а) мусковит – калиевая светлая слюда, Е_пр = 120…190 кВ/мм, нагревостойкость 500 … 600 ⁰С, ε_r = 6…8. Имеет высокую химическую стойкость;

б) флогопит – калиево-магнезиальная цветная слюда, Е_пр= 90 … 180 кВ/мм, нагревостойкость 800 ...900⁰С. Имеет более низкие механические свойства.

Применяют:

а) щепанную слюду ( толщиной 10 … 45 мкм) – для изготовления миканита, т.е. листового материала, получаемого склейкой щепанной слюды теплостойким лаком. Применяют: прокладочный, коллекторный, гибкий миканит и микаленту;

б) конденсаторную;

в) фасонную – прессованные детали радиоламп и мощных ламп накаливания;

г) отходы (скраб) – используют как наполнитель в пластмассах, резинах, стекле (микалекс), а также для производства слюдяных бумаг: слюдинитов и слюдопластов, применяемых аналогично миканиту (имеют худшие параметры, но значительно дешевле).