- •Предисловие
- •Введение
- •Техника безопасности
- •1. Определение общих и удельных сопротивлений твердых диэлектриков Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Контрольные вопросы к работе №1
- •Библиографический список к работе №1
- •2. 2. Зависимость и от температуры
- •2. 3. Зависимость и от напряжения
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Контрольные вопросы к работе №3
- •Библиографический список к работе №3
- •4. Исследование электрической прочности жидких и газообразных диэлектриков Цель работы:
- •Основные теоретические положения
- •4. 1. Пробой жидких и газообразных диэлектриков
- •4. 2. Влияние различных факторов на электрическую прочность трансформаторного масла
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Контрольные вопросы к работе №4
- •Библиографический список к работе №4
- •5. Определение общефизических характеристик электроизоляционных материалов Цель работы:
- •Основные теоретические положения
- •5. 1. Тепловые свойства диэлектриков
- •5. 2. Вязкость жидких диэлектриков
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •6. 2. Диэлектрические потери
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Контрольные вопросы к работе №7
- •Библиографический список к работе №7
- •8. Определение механических свойств
- •8. 2Особенности механических свойств полимерных материалов.
- •Порядок и методика выполнения работы
- •Содержание отчета по работе
- •Контрольные вопросы к работе № 8.
- •Библиографический список к работе №8
- •С о д е р ж а н и е Предисловие …………………………………………………………………….3
8. 2Особенности механических свойств полимерных материалов.
Механические свойства характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимого изменения первоначальных размеров и формы. Под действием механических усилий материалы деформируются, а при достаточно сильных или длительных воздействиях разрушаются. В соответствии с этим различают деформационные и прочностные свойства. В отдельную группу выделяют фрикционные свойства, проявляющиеся при движении твердого полимерного тела по поверхности другого тела.
Механические свойства полимерных материалов, связанные с наличием длинных макромолекул, проявляют следующие особенности:
1) развивают под действием внешних механических сил большие обратимые (высокоэластические) деформации, достигающие десятков, сотен и даже тысячи процентов;
2) имеют релаксационный характер реакции тела на механическое воздействие, т.е. зависимость деформаций и напряжений от длительности (частоты) воздействия. Эта зависимость обусловлена отставанием деформации от напряжения и может проявляться в чрезвычайно широком временном диапазоне;
3) изменяют механические свойства в зависимости от условий получения, способа переработки, что обусловлено существованием разнообразных форм надмолекулярной структуры.
Прочность зависит от времени действия нагрузки, температуры и других факторов, а также от структуры полимера, наличия различных дефектов, молекулярной массы. К специфическим закономерностям разрушения полимерных материалов относятся также зависимости прочности от времени воздействия, температуры, вида напряженного состояния, молекулярной массы и структуры полимера (химической и надмолекулярной структуры, молекулярной ориентации, степени поперечного сшивания и т.д.).
В различных физических состояниях полимеры характеризуются различными специфическими механизмами разрушения, во многих из которых существенную роль играют релаксационные процессы. Линейные и разветвленные полимеры могут находиться в трех основных физических состояниях – стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем, трехмерные (сшитые) только в первых двух из этих состояний.
Диаграммы напряжение – деформация. Кривая напряжение-деформация – это один из важных показателей механического поведения неметаллических материалов и ее следует рассматривать для таких материалов с точки зрения зависимости прочности от температуры и действия нагрузок во времени.
На рис. 8. 1 приведены типичные диаграммы зависимости деформации от растягивающего напряжения. Линия 1 характеризует практически линейную зависимость, присущую отвержденным сшитым полимерам с густосетчатой структурой, неорганическим стеклам и керамике, а также аморфным и кристаллическим полимерам ниже температуры хрупкости.
Материал ведет себя как хрупкое твердое тело, разрушаясь при небольших (до нескольких процентов) относительных деформациях.
Кривая 2 характеризует вынужденно эластическую деформацию линейных аморфных термопластичных полимеров (полистирол, полиметилметакрилат и др.) или «холодное течение» кристаллических полимеров (полиамиды, фторопласты и др.). Величина вынужденно эластической деформации может достигать десятков и сотен процентов, при этом происходит переход от хрупкого разрушения к квазипластическому, сопровождающемуся обычно резким ростом ударной вязкости. Растяжение полимера при температурах выше температуры хрупкости у многих полимеров происходит неоднородно по образцу, образуется локальное сужение (шейка), в котором материал сильно ориентирован. По мере растяжения шейка распространяется на весь образец.
Кривая 3 указывает на значительные деформации при любых самых малых напряжениях, которые присущи каучуку, резине и эластомерам (полиизобутилену и др.). Эти деформации на 3 - 4 порядка больше упругих, связаны с распрямлением скрученных в спирали клубки макромолекул и называются высокоэластическими.
Явления вынужденно эластической деформации, присущие только полимерным материалам, объясняются наличием длинных и гибких макромолекул и являются причиной их высокой деформируемости. Склонные к этим деформациям линейные полимеры (полиамиды, каучуки и др.) используются, в основном, в качестве амортизирующих материалов и добавок в термореактивные композиции с целью повышения их упругости.
Для однородных (ненаполненных) органических полимерных материалов с линейной и сетчатой структурой предел прочности и модуль упругости по сравнению с металлами весьма низки. Необходимый уровень механических свойств полимерных материалов можно получить путем введения в них различных добавок: наполнителей, пластификаторов, сшивающих агентов, структурообразователей и т.д. Наполнение волокнистыми материалами является наиболее эффективным способом получения высокомодульных (жестких) и высокопрочных материалов.
Таблица 8. 1
Применение некоторых полимерных диэлектриков
Наименование диэлектрика |
Общие сведения и применение |
Полиэтилен высокого, среднего и низкого давления (ПЭВД, ПЭСД, ПЭНД) |
Непрозрачный термопластичный материал. Изготовление каркасов, панелей, гибкой изоляции. |
Поливинилхлоридный пластикат (ПВХ) |
Гибкий материал. Изоляция и защитные оболочки кабелей, проводов; шланги и трубки. |
Винипласт (ПВХ жесткий) |
Термопластичный негорючий материал. Применяется для дугогашения, изготовления пленок, листов, трубок, стержней и уголков. |
Полиметилметакрилат (ПММА) |
Прозрачный дугогасящий материал. Изготовление оснований, панелей, трубок, шкал, камер. |
Полистирол (ПС) |
Прозрачный термопластичный материал. Изготовление катушек, лаков, пленок, нитей. |