119

Предельные температуры эксплуатации нагревостойких полимеров могут достигать 250 - 300°C.

4.3 Линейные полимеры

Материалы с малыми диэлектрическими потерями (неполярные).

К неполярным полимерам относятся такие полимеры, у которых мономерные звенья макромолекул не обладают дипольным моментом. Из материалов этой группы наиболее важное техническое значение имеют полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт-4, тефлон). Их основные свойства приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Основные свойства неполярных полимеров

Свойства		Полиэтилен	Полистирол		Фторопласт-4
r	×	1014—1015	1014—1016		1014—1016
, Ом м
e		2,3—2,4	2,5—2,6		1,9—2,2
tgd при 106 Гц		0,0002 - 0,0005	0,0002 - 0,0004		0,0002 - 0,0003
Епр, МВ/м		40 - 150*	20	- 110*	40 - 150*
Нагревостойкость, °С		105 - 130	75	- 80	~300

* Верхние пределы - для материалов в виде пленки.

Полиэтилен (рисунок 3.9, а) является	продуктом полимеризации
этилена в присутствии катализаторов. При	полимеризации получают

полиэтилены высокого, среднего и низкого давления, отличающиеся друг от друга степенью кристалличности и механической прочностью. Полиэтилен обладает сравнительно большой эластичностью. Его отличает высокая стойкость к действию кислот и щелочей.

Полистирол получают из мономера стирола, который представляет собой легкую бесцветную синтетическую жидкость с характерным запахом. Стирол легко полимеризуется даже при хранении на .холодеС целью

предотвращения нежелательной самопроизвольной	полимеризации стирола
во время хранения к нему добавляют специальные		вещества-ингибиторы,
замедляющие реакцию полимеризации. Чтобы	уменьшить		хрупкость
полистирола, к нему добавляют некоторые виды синтетических каучуков.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон, рисунок		3.9, б)	получают

путем полимеризации тетрафторэтиленаF2C=СF2. Среди всех органических полимеров ПТФЭ выделяется высокой нагревостойкостью(около 300°С) и очень высокой стойкостью к действию химических реагентов. Так, на него не действуют серная, соляная, азотная и плавиковая кислоты, щелочи и т. п. Он

120

негорюч,	не растворяется	ни	в одном из известных растворителей,
практически негигроскопичен и не смачивается водой и другими жидкостями.
Высокие нагревостойкость и химическую стойкость ПТФЭ по сравнению с
углеводородами можно объяснить тем, что атомы фтора более крупные, чем
атомы	водорода. Поэтому	они	создают сильное , полеэкранирующее

углеродный скелет молекулы от внешнего воздействия. Сама "оболочка" из

атомов фтора также проявляет инертность по отношению к

внешним

воздействиям из-за большой энергии

связи—F. СПТФЭ

вплоть

до

температуры разложения не переходит в вязкотекучее состояние. Поэтому

обычные методы формовки термопластичных масс для ПТФЭ непригодны.

Он перерабатывается в изделия методом спекания при температуре360—

380°С.

Как видно из табл. 4.1, все неполярные полимеры характеризуются

небольшой диэлектрической проницаемостью, малыми диэлектрическими

потерями в диапазоне радиочастот, высокой

электрической

прочностью и

весьма высоким удельным сопротивлением. Диэлектрическая проницаемость

неполярных полимеров в основном определяетсяэлектронной поляризацией.

Поэтому значение ее не зависит от

частоты

и

слабо

уменьшается

повышением

температуры, что

объясняется

уменьшением

плотности

полимера при нагревании. Диэлектрические потери в неполярных полимерах

очень чувствительны к полярным примесям, таким, как гидроксильные (ОН)

или карбонильные (СО) группы, которые всегда присутствуют в технических

материалах

вследствие

частичного

окисления, захвата

катализатора

полимеризации и других причин.

Благодаря

малым

потерям

чистые

неполярные

полимеры

широко

применяют

в

технике

высоких

и

сверхвысоких .

Полиэчастотилен

используют в качестве изоляции телевизионных и радиочастотных кабелей.

Тонкие пленки из полистирола и политетрафторэтилена применяют для

изготовления термостабильных высокочастотных конденсаторов с высоким

сопротивлением изоляции и высокой электрической прочностью.

Материалы с повышенными диэлектрическими потерями(поляр-

ные). У полярных линейных полимеров из-за асимметрии строения звеньев

молекул сильно выражена дипольно-релаксационная поляризация. Поэтому

они

обладают

пониженными

электроизоляционными

свойствами

по

сравнению с неполярными полимерами, особенно на высоких частотах. У

всех полярных полимеров диэлектрическая проницаемость уменьшается с

ростом

частоты

и

сложным

образом

зависит

от .

темпер

Диэлектрические потери определяются процессами дипольно-релаксационной

поляризации, следствием чего является наличие максимумов в температурной

зависимости tgd (см. раздел 3). Полярные

полимеры,

по

сравнению

с

неполярными, характеризуются примерно на два порядка большим значением

tgd

и заметно меньшим удельным объемным сопротивлением. Поэтому они

используются в основном как изоляционные и конструкционные материалы в

121

диапазоне низких частот. Их свойства можно охарактеризовать следующими усредненными параметрами: e ~3—6; r ~1011¾1014Ом×м; tgd(f=106Гц)~ 0,01—

0,06; Епр ~5—50 МВ/м.

Наиболее

распространенными

материалами

этой

группы

являются

полиэфиры

¾

поливинилхлорид,

полиэтилентерефталат,

полиметилметакрилат и др.; полиамиды ¾ капрон, найлон, полиуретан и др.;

полиимиды;

эпоксидные

смолы;

формальдегидные

смолы;

кремнийорганические полимеры.

Поливинилхлорид (ПВХ, рисунок 3.12) — твердый

продукт

полиме-

ризации газообразного винилхлорида НС2 =СН—С 1. Чистый ПВХ, благодаря

сильным

полярным

межмолекулярным

связям, прочно

сцепляющим

молекулярные цепи, является материалом жестким и негибким. Для придания

эластичности

к

ПВХ

добавляют

пластификаторы, в

качестве

которых

используют органические полярные жидкости с высокой точкой кипения.

Введение пластификатора ухудшает электрические свойства полимера. ПВХ

получил

широкое

применение

в

производстве

монтажных

проводов

благодаря гибкости, достаточной прочности и высокой производительности

наложения изоляции.

Полиэтилентерефталат

(ПЭТФ,

лавсан,

рисунок

3.12)

—

это

полимер, обладающий значительной механической прочностью и достаточно

высокой температурой размягчения(около 260°С). Лавсан применяют для

изготовления

волокон,

пленок

и

для

других

целей. При

повышенных

температурах

он

быстро

окисляется

на

воздухе, так

что

обработку

размягченного

нагревом

материала

производят

в атмосфере

нейтрального

газа (например, азота). Молекулярное строение ПВХ и ПЭТФ показано на

рисунке 4.12. Пленки из ПЭТФ используют в качестве несущей основы при

изготовлении

дисков

магнитной записи,

для

межслойной

изоляции

в

обмотках трансформаторов, дросселей и подобных изделий, рассчитанных на

рабочую температуру от минус60 до

плюс 150°С.

Конденсаторы из таких

пленок обладают большей рабочей температурой по сравнению с бумажными

(до +150°С).

Полиметилметакрилат (ПММК, органическое стекло, плексиглас) ¾

полимер

этилового

эфира

метакриловой

кисло. Этоты

прозрачный

бесцветный (при отсутствии красящих добавок) полимер используется как конструкционный изолирующий материал.

Полиамиды также имеют линейное строение молекул и являются термопластичными веществами. Они отличаются высокой механической прочностью и эластичностью, растворимы лишь в незначительном числе растворителей. Применяют их для изготовления искусственных волокон и

пластических масс. Известным представителем этих				веществ	является
капрон,	строение	которого	××××¾ [(CH2)5¾CO¾NH] ¾×××	. Полиамиды
стареют	под	действием	света, влаги, температурных	изменений.	Это

122

проявляется в ухудшении пластичности, снижении механической прочности.

Капрон,	благодаря		хорошим			термопластичным		свойствам		и	высокой
механической		прочности,			используют		в	производстве			различных
конструкционных деталей радиоаппаратуры(корпусы приборов, ручки и
кнопки	управления,			клавиши		переключения		диапазонов, каркасы
индуктивных катушек и т. п.).
Фенолоформальдегидные смолы (ФФС) могут быть изготовлены как
термореактивными, так и термопластичными. Если в реакции участвует не
менее одного моля формальдегида СН2О на моль фенола С6Н5ОН, получается
термореактивная			смола —		бакелит.		Бакелит	обладает	повышенной
механической прочностью. Однако он мало эластичен и									не	отличается
высокой стойкостью к воздействию воды. Отрицательным свойством его
является	склонность			к	обугливанию— образованию на				поверхности

проводящих электрический ток следов при воздействии поверхностных

электрических		разрядов.		Бакелит используют			при	изготовлении		компо-
зиционных		пластмасс.		ФФС,	благодаря	наличию		в	их	молекулах
гидроксильных		групп — ОН,			являются		полярными		диэлектриками.
Электрические свойства бакелита: r~1011Ом×м, e=4,5; tgd=0,01. Структурная
формула ФФС дана на рисунке 4.3,а.
При	замене		фенола(в		реакции	с	формальдегидом) креозолом

Н3С—C6H4—ОН получают крезолоформальдегидные смолы, имеющие менее выраженные полярные свойства по сравнению с фенольными. При замене

фенола	анилином C6H5—NH2 получают анилиноформальдегидные							смолы.
Их полярные свойства выражены еще слабее, так как группаNH2								менее
полярна, чем группа ОН; это способствует уменьшению гигроскопичности.
Поликарбрнаты - полиэфиры угольной кислоты и диоксисоединений.
Практическое		значение	получили		только	ароматические поликарбонаты
(рисунок 4.3, б), которые характеризуются очень высокой ударной вязкостью
(250—500 кДж/м2), высокой прочностью (при статическом изгибе77—120
Мн/м2,	или 770—1200 кгс/см2),			лучшими, чем у			ФФС диэлектрическими
свойствами		(tgd ~ 0,0009	при	50	гц).	Они	оптически	прозрачны,

морозостойки, устойчивы к действию кислот, растворов солей, окислителей.
Их применяют для изготовления плёнок, волокон и разнообразных изделий
во		многих			отраслях			промышленности, преимущественно	в
электротехнической.
	ОН		ОН		ОН
		СН2			СН2

а)

б)