63. Электроизоляционные материалы. Высоко полимерные твердые материалы.

Высокополимерные материалы состоят из молекул большой величины. Последние включают в себя десятки и сотни тысяч молекул каких-либо простых веществ, называемых мономерами. Мономеры — вещества» легко вступающие в химические реакции. В результате этих реакций и образуется новое высокополимерное вещество (полимер) с большой молекулярной массой.

Полимеры, состоящие из молекул линейной структуры, называются линейными полимерами. Они способны размягчаться при нагревании, т.е. являются термопластичными материалами.

Есть полимеры, состоящие из молекул, развитых по трем направлениям в пространстве- Такие полимеры называются пространственными. Они относительно хрупки -1, как правило, не размягчаются при нагревании, т.е. являются термореактивными материалами.

Полистирол — термопластичный диэлектрик, размягчающийся при 110-120°С, растворяется в неполярных растворителях (бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде). Получают в виде пластин, стержней, в гранулах или в виде порошка. Основные характеристики полистирола: _v = 10¹³-10¹⁴ Ом·м;  = 2,4; tg = (2-4)·10^-4; Е_ПР = 25-30 МВ/м. Из полистирола изготовляют каркас» л катушек, изоляционные панели., основания и изоляторы для электроизмерительных приборов. Из размягченного полистирола получают пленки толщиной от 20 до 100 мкм, которые обладают такими же высокими электроизоляционными свойствами, как и полистирол в толстом слое, а электрическая прочность у них значительно выше: Е_ПР = 80-100 МВ/м. Полистирольные пленки применяют для изоляции жил высокочастотных кабелей, а также в производстве конденсаторов. Основным недостатком полистирола и изделий из него является хрупкость, т.е. сравнительно невысокая ударная вязкость и склонность к растрескиванию.

Полиэтилен — твердый непрозрачный материал белого или светло-серого цвета, несколько жирный на ощупь. Различают полиэтилен высокого (ВД), среднего (СД) и низкого (НД) давления. Полиэтилены — термопластичные материалы. Из них изготавливают электроизоляционные пленки, шланги и трубки. Электрические характеристики полиэтиленов находятся практически на том же уровне, что и у лучших сортов полистирола. Следует отметить, что все полиэтиленовые изделия нестойки к солнечному свету. Для повышения светостойкости в полиэтилены вводят сажу и другие красители. Изделия из полиэтилена могут быть сварены между собой. Основным недостатком полиэтилена ВД является невысокая теплостойкость (55-60°С) и склонность к растрескиванию при повышенных механических нагрузках. Один из способов улучшения термомеханических свойств полиэтилена состоит в воздействии на полиэтилен ионизирующего облучения, например, потока электронов, получаемых из ускорителя. В результате такой обработки получают изоляцию проводов и кабелей из облученного полиэтилена, отличающегося повышенной нагревостойкостью (до 100°С) и большой механической прочностью.

Поливинилхлорид — представляет собой порошок белого цвета, из которого получают горячим прессованием или горячим выдавливанием механически прочные изделия (платы, трубы и др.), стойкие к минеральным маслам, многим растворителям, щелочам и кислотам. Горячим прессованием порошкообразного поливинилхлорида получают твердый, жесткий материал — винипласт в виде листов, пластин, труб и стержней. Винипластовые изделия обладают высокой механической прочностью, особенно к ударным нагрузкам, и имеют хорошие электроизоляционные свойства. Изделия из винипласта поддаются всем видам механической обработки (обточка, фрезерование и др.), а также легко свариваются и склеиваются. Их можно окрашивать в разные цвета. Основные характеристики винипласта: _v = 10¹⁰-10¹² Ом·м;  = 4; tg = 0,01-0,02; Е_ПР = 20-22 МВ/м. Недостатками винипласта являются его малая холодостойкость и сравнительно малая теплостойкость. Разложение винипласта наступает при температуре 180 - 200°С.

Капрон — твердый материал белого или светло-желтого цвета. Основные характеристики капрона: _v = 10¹¹-10¹² Ом·м;  = 4,0; tg = 0,04; Е_ПР = 18-20 МВ/м. В электрической изоляции находит применение капроновое волокно, получаемое вытяжкой через фильеры (малые круглые отверстия диаметром 0,1 мм и менее) размягченной капроновой смолы. Капроновое волокно обладает большой механической прочностью и повышенным сопротивлением истиранию. Оно применяется в качестве изоляции обмоточных и некоторых типов монтажных проводов, а также в Качестве основы электроизоляционных лакированных тканей. Значительное применение капрон получил в производстве электромонтажных и конструкционных деталей, отличающихся малой массой.

Фторопласт-4 - негорючий, жирный на ощупь материал белого цвета. Основной особенностью фторопласта-4 является его исключительно высокая нагревостойкость (250°С) и холодостойкость (-2б9°С). Он отличается также исключительной химической стойкостью: не растворяется ни в одном из растворителей как при комнатной температуре, так и при нагреве; на него не действует ни одна из концентрированных кислот и щелочей. Водопоглощение фтроропласта-4 равно нулю, он не смачивается водой. Основные характеристики фторопласта-4: _v = 10¹⁵-10¹⁷ Ом·м;  = 2,0; tg = (2-4)·10^-4; Е_ПР = 30 МВ/м, (у пленок Е_ПР = 100-180 МВ/м). Фторопласт-4 неполярный диэлектрик, вследствие чего эго электрические характеристики стабильны в широком диапазоне частот. Применение в технике имеют тонкие (от 10 до 200 мкм) пленки.

Полиимиды - нагревостойкие органические диэлектрики, могущие длительно использоваться при температурах 200 - 220 °С. Полиимиды являются химически стойкими диэлектриками. Они не растворяются в большинстве органических растворителей, на них не действуют разбавленные кислоты, минеральные масла и вода- Разрушение полиимидов вызывают концентрированные кислоты, щелочи и перегретый водяной пар. Полиимиды представляют собой диэлектрики, получаемые в результате реакции поликонденсации ангидрида пиромеллитовой кислоты и некоторых ароматических соединений - диаминов. На основе полиимидов изготовляют эмаль-лаки для эмалирования обмоточных проводов. Эти провода могут длительно работать при температурах до 220°С. Из полиимидов получают гибкие полупрозрачные электроизоляционные пленки светло-желтой или коричневой окраски. Основные характеристики пленок: _v = 10¹⁵ Ом·м; Е_ПР = 100-150 МВ/м. Влагопоглощаемость пленок относительно большая, поэтому обмоточные провода с пленочной полиимидной изоляцией необходимо пропитывать нагревостойкими и водостойкими лаками. На основе термопластичных полиимидов изготовляют различные пластмассовые изделия электроизоляционного и конструкционного назначения. Отличительными особенностями полиимидных пластмасс являются легкость переработки в изделия благодаря большой текучести полиимндов, малая объемная усадка и стабильность свойств при переработке.