Смолы природные и синтетические

Полистирол - один из лучших высокочастотных диэлектриков. Он применяется для изготовления каркасов индуктивных катушек, корпусов радиоприемников и телевизоров, плат переключателей, для изоляции кабелей и конденсаторов. Из блочного размягченного полистирола способом вытягива-ния получают электроизоляционные нити и гибкие полистироль-ные пленки. Полистирольная пленка для радиодеталей должна быть прозрачной, без поверхностных загрязнений, пор, изломов, цара-пин и трещин. Детали из полистирола получают литьем под давлением; прес-сованием и механической обработкой. После изготовления детали подвергают термообработке при температуре 70...80°С в течение. 2... 3 ч, а затем медленно охлаждают для снятия внутренних напря-жений и предупреждения образования трещин. Полиэтилен - твердый белый или светло-серый материал без запаха, неполярный диэлектрик, полученный в результате реакции полимеризации газа этилена. Электроизоляционные, свойства так же высоки, как и у полисти-ролов, но отличаются высокой стабильностью. В отличие от поли-стирола полиэтилены содержат значительное количество кристал-лической фазы. Полиэтилен обладает следующими свойствами: высокая моро-зостойкость (сохраняет гибкость при температуре -70°С); высо-кая влагостойкость, не гигроскопичен; устойчив к действию креп-ких кислот (кроме азотной), щелочей и многих растворителей; при комнатной температуре не растворим ни в одном растворителе; стоек к плесени; газонепроницаем; стоек к истиранию и вибраци-ям; в пламени горит и оплавляется; предельная рабочая темпера-тура 100°С (прочность начинает уменьшаться только при нагре-вании выше 60°С). К недостаткам полиэтилена относят: тепловое старение приводит к образованию трещин на поверхности изделий; при нагревании до температуры 80°С и выше растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах; под действием концентрированной серной кислоты чернеет, а в концентрированной азотной даже при комнатной температуре набухает, увеличиваясь в массе на 4,6% в течение 85 сут.; под воздействием тепла, ультрафиолетового излучения, кислорода воздуха стареет; и сильных электрических полях происходят структурные изменения, снижающие качество изоляции. Для получения электроизоляционного материала с необходимы-ми свойствами смешивают полиэтилен трех разновидностей друг с другом или с другими полимерами, а также подвергают ионизиру-ющему облучению. Благодаря высоким электроизоляционным свойствам полиэти-лен широко применяется как конструкционный материал для изго-товления каркасов катушек, деталей, работающих в цепях высокой частоты. Полиэтиленовые пленки толщиной от 0,02 до 0,2 мм при-меняются при изготовлении кабелей и проводов. В микроэлектро-нике применяют полиэтиленовые трубы в качестве соединительных шлангов, в установках для очистки различных газов, а также тру-бопроводов для подачи и разлива особо чистой воды и для изго-товления посуды для хранения, транспортировки жидких неорга-нических химикатов. Известны три основных промышленных метода получения полиэтилена: полимеризация этилена при давлении примерно 300 МПа и тем-пературе примерно 200°С; в присутствии инициаторов (кислорода, органических перекисей). Полученный таким методом полиэтилен называют полиэтиленом высокого давлении. Он содержит 55...67 % кристаллической фазы и выпускается бесцветным и окрашенным; полимеризация этилена при давлении 0,3...0,6 МПа и температу-ре примерно 80°С в присутствии металлоорганических катализато-ров. Полученный полиэтилен низкого давления содержит 75...85°/о кристаллической фазы и имеет более высокие механические свойства и более высокую температуру плавления, чем полиэтилен высокого давления; полимеризация этилена при давлении 40 атм. и температуре при-мерно 150°С с использованием катализаторов оксидов металлов пе-ременной валентности. Полученный полиэтилен среднего давления обладает наиболее упорядоченной структурой и содержит до 95% кристаллической фазы.

Одним из основных методов изготовления изделий из полиэти-лена является литье под давлением при температуре 150...180°С. Пластины, блоки, листы и стержни из полиэтилена легко поддаются механической обработке резанием, сверлением, фрезерованием на станках, применяемых для обработки металлов.

Полипропилен - линейный неполярный полимер, получен-ный полимеризацией газа пропилена аналогично полимеризации этилена низкого давления...Он обладает такими же электроизоляционными свойствами, как полиэтилен. Полипропилен имеет температуру размягчения 160...170°С (выше, чем у полиэтилена); повышенную температуру плавления т пл. до 200 °С; водостойкость; хорошие механические свойства; более хорошую холодостойкость и гибкость, чем полиэтилен; эластич-ность (удлинение при разрыве 500...700%). Полипропилен применяют как комбинированный бумажно-пле-ночный диэлектрик в силовых конденсаторах, как пленочный ди-электрик в обмоточных проводах Полипропилен перерабатывает-ся в изделии теми же способами, что и полиэтилен; его выпускают в виде порошка, гранул, из него могут быть получены пленки, волок-на, ткани и фасонные изделия.

Поливинилхлорид (ПBX) -- белый мелкодисперсный по-рошок. Линейный полярный полимер, полученный в результате полимеризации газообразного мономера винилхлорида в присутствии эмульгаторов (желатина, поливинилового спирта) и инициаторов (перекиси водорода, перекиси ацетилена). Вследствие полярного строения поливинилхлорид имеет пони-женные электрические свойства по сравнению с неполярными, но удельное электрическое сопротивление почти не изменяется при по-вышении температуры до 90°С. Поливинилхлорид не растворяется в воде, бензине, спирте; раство-ряется в дихлорэтане и метиленхлориде; набухает в ацетоне и бензоле.

При нагревании выше 140°С под действием света поливинил-хлорид разлагается с выделением хлористого водорода. Выделяю-щийся газ вредно действует на организм человека и вызывает кор-розию аппаратуры.

Этот процесс сопровождается изменением физико-механических свойств: снижается прочность, относительное удлинение при раз-рыве; повышается хрупкость, приводящая к появлению трещин; меняется цвет.

В зависимости от способа полимеризации изготавливают сус-пензионный (Это дисперсная система, состоящая из двух фаз - жидкой и твердой, где мелкие твердые частицы взвешены в жидкости) и латексный (Это сок каучуковых растений с содержанием до 30% каучука. В промышленности используют также синтетические латексы - водяные дисперсии синтетического каучука.) поливинилхлориды.

Суспензионный поливинилхлорид выпускают для кабельного светотермостойкого изоляционного материала, для кабельного пластиката и для изготовления винипласта.

Винипласт - твердый, не содержащий пластификатора полимер, который получают горячим прессованием порошкообразного или пленочного поливинилхлорида.

Винипласт обладает следующими свойствами: предельная рабо-чая температура 80°С; устойчив к действию бензина, масел, спиртов-, фенола; до температуры 40°С устойчив к действию концентри-рованных кислот, щелочей, растворов coлeй, хлора; высокая проч-ность на удар; хорошая механическая прочность; низкая гигроско-пичность; хорошие электроизоляционные свойства; низкая холодостойкость-; низкая теплостойкость. Винипласт перерабатывается в изделия ударным прессованием при температуре 165 °С, механической обработкой, сваркой, склеи-ванием. Пленки из винипласта применяют для изоляции водопогружен-ных электродвигателей, разделения катодных и анодных пластин, в аккумуляторных батареях и другой электрической аппаратуре, работающей в условиях повышенной влажности и воздействии кислот. В качестве конструкционного материала винипласт используют для изготовления гальванических ванн, кислотостойкой посуды (ем-костей для хранения кислот, воронок для слива отработанных кис-лот, щелочей и др.). Латексный поливинилхлорид используют для изготовления прочных пластиков, мягкой пленки, технической пасты и изоляци-онных изделий. Свойства поливинилхлоридов можно изменять в широких пре-делах, вводя различные добавки: пластификаторы, стабилизаторы, наполнители, красители, получая пластикаты. С увеличением со-держания пластификатора в композиции прочность пластикатов уменьшается, относительное удлинение увеличивается; а диэлект-рические свойства ухудшаются, однако они обладают более высо-кой холодостойкостью (до --50°С) и большой эластичностью.

Поливинилхлоридный пластикат применяют для изготовления пленок, изоляционных лент, монтажных и телефонных проводов, трубок, в качестве специальных светотермостойких изоляционных и шланговых материалов. При воздействии электрической дуги поливинилхлорид выделяет большое количество газообразных про-дуктов, что способствует гашению дуги.

Полиметилметакрилат (оргстекло, плексиглас) - про-зрачный бесцветный материал, полярный диэлектрик, который по-лучают в результате полимеризации эфиров метакриловой кислоты. Полиметилметакрилат имеет малую гигроскопичность, высокую химическую стойкость; легко сваривается в специальных устрой-ствах при температуре 140...150°С с применением давления на сва-риваемые поверхности 0,5...1,0 МПа, склеивается полярными ра-створителями. Применяют органическое стекло для изготовления корпусов приборов, шкал, линз, а также в качестве дугогасящего материала, так как оно обладает свойством выделять при воздействии элект-рической дуги большое количество газов (СО, Н2, СО2, пары H20).

Фторорганические полимеры. Одним из существенных недостат-ков органических синтетических полимеров является пониженная теплостойкость. Для большинства органических полимеров допус-тимые рабочие температуры от --60 до + 1200С. Углерод, составля-ющий основу органических полимеров, на воздухе, а тем более при нагревании, может окисляться, что приводит к разрушению поли-мера. Для повышения теплостойкости в качестве основы для органических полимеров используют кроме углерода фтор, кремний, титан и др. Наибольшее распространение получили фторорганические (фторопласты) и кремнийорганические полимеры (полиси-локсаны).

Фторопласты - кристаллические полимеры фторпроизвод-ных этилена, где атомы водорода замещены фтором. Введение в мо-лекулу полимера фтора, который прочно связывается с углеродом, повышает теплостойкость и химическую стойкость получаемого ма-териала. Их получают и автоклавах полимеризацией газообразных низкокипящих мономеров при повышенном давлении.

В радиоэлектронике наиболее часто используют фторопласт-4

(политетрафторэтилен) и фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен).

Фторопласт-4 - белый или сероватый материал с более вы-сокой плотностью, чем у других органических полимеров. Цифра 4 указывает на число атомов фтора в молекуле мономера. Он выпус-кается также под названием фторлон-4, а за рубежом - под на-званием тефлон. Фторопласт-4 обладает следующими свойствами: рабочий диа-пазон температур от-250 до +250°С; высокие диэлектрические свой-ства, мало зависящие от температуры; хорошие вакуумные свой-ства; наиболее химически стойкий материал из всех известных по-лимеров (его устойчивость к химическому воздействию выше, чем у золота, платины, стекла, фарфора, эмали, т. е. тех материалов, которые применяют для защиты от коррозии в самых сильнодей-ствующих агрессивных средах; не смачивается водой и не набухает в ней; не растворяется ни в одном растворителе; не горит; по элект-роизоляционным свойствам принадлежит к лучшим из известных диэлектриков; абсолютно стоек в тропических условиях и не под-вержен действию грибков. К недостаткам фторопласта-4 относят: выделение ядовитого га-зообразного фтора в результате разложения при температуре выше 400°С, низкую радиационную стойкость, сложную технологию пе-реработки, высокую стоимость, сравнительную мягкость и склонность к хладотекучести.

Из фторопласта-4 изготавливают тонкие конденсаторные и элек-троизоляционные пленки толщиной 5...200 мкм. В зависимости от способа изготовления выпускаются ориентированные и неориен-тированные пленки. В радиоэлектронике из фторопласта изготав-ливают химическую посуду для выполнения технологических опе-раций в агрессивных средах; в оснастке для температурных испы-таний, так как он хорошо переносит резкую смену температур в широком диапазоне; в вакуумных вентилях.

Фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен) - полимер трихлорэтилена, в результате замены в элементарном звене одного атома фтора на атом хлора превращается в полярный диэ-лектрик. Фторопласт-3 обладает следующими свойствами: нижний пре-дел рабочей температуры 195 °С; более высокие механические свой-ства, чем у фторопласта-4; влагостойкость выше, чем у фтороплас-та-4; нагревостойкость ниже, чем у фторопласта-4, составляет 125°С; уступает фторопласту-4 по электрическим свойствам; высокая хи-мическая стойкость, но ниже, чем у фторопласта-4; влагостоек; вы-сокая дугостойкость; технология получения проще, чем фторопла-ста-4; дешевле фторопласта-4. Выпускается в вице тонкого порошка белого цвета или полупроз-рачного роговидного поделочного материала. Применяется главным образом в виде суспензий для антикорро-зионных покрытий. Спиртовые суспензии фторопласта-3 исполь-зуют для получения покрытий на металлах (и том числе и на меди) и керамике. Эти покрытия сохраняют свои свойства при темпера-туре выше 100°С. Изоляция проводов и кабелей из фторопласга-3 позволяет эксплуатировать их при температуре 150 °С во влажных и агрессивных средах.

Кремнийорганические полимеры (полисилок-саны) представляют собой материалы, которые являются проме-жуточным звеном между органическими и неорганическими мате-риалами. В их состав кроме характерного для органических поли-меров углерода С входит кремний Si. Основу строения их молекул образует силоксанная цепь чередующихся атомов кремния и кислорода. Кремнийорганические полимеры могут быть термопластичны-ми с линейным строением и термореактивными с образованием пространственных структур. Энергии силоксановой связи Si -- О больше, чем энергия связи между двумя атомами углерода С - С, что и определяет более высокую нагревостойкость кремнийорга-нических полимеров по сравнению с большинством из рассмотрен-ных. Атом кремния, связанный с кислородом, не может окисляться дальше, поэтому молекулы образовавшегося полимера при нагре-вании не распадаются и вещество обладает повышенной нагревостойкостью-.

Кремнийорганические полимеры обладают следующими харак-теристиками: высокие электроизоляционные свойства; дугостой-кость; теплостойкость (способны длительно выдерживать темпера-туру до 200 °С и кратковременно до температуры 5000С); водостой-кость (гидрофобность), не смачиваются водой, так как образуют на поверхности тончайшую пленку, которая не впитывается и не пропускает воду; устойчивость к действию грибковой плесени; мо-розостойкость; плохая адгезия (Это слипание поверхностей двух разнородных твердых тел или жидкостей) к большинству других материалов; низкая маслостойкость; достаточно высокая стоимость.

В зависимости от исходных веществ и технологии изготовления получают кремнийорганические пластмассы, клеи, лаки, компаунды.

4. Поликонденсационные синтетические полимеры.

В реакции поликонденсации участвуют не менее двух химичес-ких веществ. В результате образуются полимеры пространственной структуры, из которых получают прочные и теплостойкие термо-реактивные материалы. Продуктами поликонденсации являются: фенолформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и полиамидные смолы.

Фенолформальдегидные смолы. Фенолформальдегидные смолы получают путем поликонденсации фенола в водном растворе фор-мальдегида при температуре 70...90°С в присутствии катализатора (кислоты или щелочи). Они могут быть термореактивными и тер-мопластичными.

Важнейшей особенностью фенолформальдегидных смол является их способность в сочетании с различными наполнителями образо-вывать фенопласты , которые обладают следующими свойствами: высокая прочность, хорошие электроизоляционные свойства, спо-собность длительное время функционировать при высоких темпе-ратурах, способность функционировать в любых климатических условиях.Фенолформальдегидные смолы способны совмещаться со мно-гими полимерами и образовывать сополимеры, которые обладают свойствами фенопласта и всеми положительными качествами со-вмещенного с ним компонента.

Эти смолы подразделяют на резольные и новолачные.Если процесс ведут с избытком формальдегида в присутствии щелочи, то получают смолу, которая называется бакелитовой. Она может находиться в трех стадиях: резол (находится в твердом или жидком состоянии, может растворяться в органических раствори-телях и плавиться); резитол (твердая смола, не растворяется в орга-нических растворителях, но набухает в них; не плавится, но может размягчаться при повышении температуры); резит (твердая смола, не набухает в растворителях, не плавится, обладает механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, устой-чива в водных и слабокислых средах, бензине, маслах).

Резольные смолы - термореактивные материалы, полярные диэлектрики. Применяются для изготовления таких слоистых пла-стиков, как текстолит, гетинакс; для композиционных пресс-мате-риалов (фенопластов); трубок, клеев и других материалов. Если процесс ведут с избытком фенола в присутствии кислых катализаторов (соляной или щавелевой кислоты), то получают твер-дые, хрупкие, прозрачные термопластичные смолы, которые назы-вают новолаками. Новолаки термопластичны, плавятся при нагревании до темпе-ратуры 100...120°С; растворяются в спирте, ацетоне и других орга-нических растворителях. Они имеют невысокие электроизоляционные свойства, особен-но во влажной атмосфере; низкую стойкость к искровым разрядам. Новолачные смолы отличаются друг от друга содержанием фе-нола (от 2 до 9%). При добавлении 10...15%-го уротропина они пе-реходят в термореактивный резит. Применяют для изготовления корпусов приборов, плат, разъ-емов, различных кнопок и ручек управления радиоаппаратуры, лака и как заменитель шеллака (Это смола, выделяемая насекомыми, обитающими на побегах некоторых тропических растений; применяется для изготовления лаков и политур.).

Полиэфирные смолы. Полиэфирные смолы получают в резуль-тате реакции поликонденсации различных многоатомных спиртов (гликоля, глицерина и др.) и многоосновных органических кислот (фталевой, малеиновой и др.) или их ангидридов. По физическим свойствам они близки к природным смолам (канифоль, шеллак). Из полиэфирных смол наибольшее распространение получили лав-сановая смола (полиэтилентетрафталат), глифталевая смола, поли-карбонаты.

Лавсановую смолу (полиэтилентетрафталат, лавсан) получают поликонденсацией терефталевой кислоты и этиленгликоля. Он является термопластичным диэлектриком кристаллического или аморфного строения. В результате реакции поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля при медленном охлаждении образуется непрозрач-ный кристаллический лавсан (кристаллическая фаза до 7.5°/о). Кристаллический лавсан имеет высокую температуру плавления 265°С; высокую механическую прочность в широком диапазоне тем-ператур; хорошие электроизоляционные свойства; стоек к действию слабых щелочей, соляной кислоты, эфиров, масел, жиров, плесени и грибков; не устойчив к действию крепкой азотной и серной кислот, фенола, хлора; светопроницаемость пленки такая же, как у стекла, а также имеет малые гигроскопичность и газопроницаемость. Кристаллический лавсан стареет под действием солнечных лучей. Лавсан кристаллического строения применяют для изготовле-ния волокон, пряжи, тканей, тонких электроизоляционных пленок. Волокна и пленки используют для изоляции проводов и кабелей. Лавсановая конденсаторная пленка обладает высокой электричес-кой прочностью и повышенной нагревостойкостью. В результате реакции поликонденсации терефталевой кислоты, этиленгликоля, глицерина к отвердителя (бутилтитаната) при быс-тром охлаждении получают прозрачный аморфный лавсан. Аморфный лавсан используют при изготовлении эмалирован-ных проводов, при производстве электроизоляционных лаков. Плен-ки лавсановых лаков термореактивны, т. е. не размягчаются при нагревании.

Глифталевую смолу получают из простейшего трехатом-ного спирта глицерина и избыточного количества фталевого ан-гидрида при температуре 150...200°С в алюминиевых котлах. Это термореактивные смолы с ярко выраженными дипольно-релакса-ционными потерями. Глифталевые смолы обладают следующими свойствами: высо-кая нагревостойкость, до температуры 130°С, высокая гибкость, достаточно высокая твердость, высокая клеящая способность, ра-створимость в органических растворителях, размягчаются при на-гревании, повышенная гигроскопичность при неполной полимери-зации, стойкость к поверхностным разрядам. Применяют как основу для клеящих, пропиточных и покрывных лаков, пленки которых стойки к нагретому минеральному маслу; для изготовления лаков, пластмасс, клеев.

Поликарбонаты - это полиэфиры угольной кислоты. По-ликарбонаты имеют хорошие электрические и механические свой-ства, относительно высокую температуру размягчения (кристалли-ческий поликарбонат размягчается при температуре 140°С), хоро-шую химическую стойкость, невысокую гигроскопичность. Применяют поликарбонаты для изготовления слоистых пласти-ков, компаундов, пленок для изоляции в электрических машинах.

Кремнийорганические смолы. Кремнийорганические полимеры (смолы) с пространственной структурой являются термореактивны-ми (см. 5.2.1).

Кремнийорганические смолы обладают высокой нагревостой-костью до температуры +250°С', высокой холодостойкостью до тем-пературы -60°С; хорошими диэлектрическими свойствами, кото-рые мало зависят от температуры; малой гигроскопичностью; хи-мической инертностью. В промышленности кремнийорганические смолы применяют для изготовления электроизоляционных материалов, таких как стекло-текстолиты, слюдяная изоляция, компаунды, кремнийорганический лак, покрывные эмали, резиностеклоткани и др.

Эпоксидные смолы. Эпоксидные смолы получают в результате хлорирования глицеринов с двухатомными или многоатомными фенолами в щелочной среде. В структуре эпоксидных смол содер-жится не менее двух эпоксидных групп, в результате связывания которых происходит их отвердение. В чистом виде эпоксидные смолы представляют собой термопла-стичные низкоплавкие жидкие материалы, которые легко раство-ряются во многих органических растворителях (ацетоне, толуоле, хлорированных углеводородах и др.), не растворяются в воде, мало растворяются в спиртах, длительно хранятся, не изменяя свойств. После добавления отвердителей эпоксидные смолы быстро от-вердевают, приобретая пространственное строение. Отвердевание проходит в результате реакции полимеризации без выделения по-бочных продуктов (воды и других низкомолекулярных веществ). Отвердевшие эпоксидные смолы являются термореактивными и могут образовывать толстый слой монолитной, водонепроницае-мой изоляции. В зависимости от типа отвердителя эпоксидные смо-лы могут отвердевать при комнатной температуре («холодное от-вердение» ) или с использованием нагревания от 80 до 150 °С, а так-же при атмосферном или повышенном давлении. Для холодного используют азотосодержащие вещества, а для отверде-ния при нагревании - ангидриды органических кислот. Выбор от-вердителя влияет на свойства отвердевшей эпоксидной смолы. Отвердевшие, эпоксидные смолы обладают сравнительно неболь-шой усадкой, примерно 0,5...2%; высокой адгезией к пластмассам, стеклам, фарфору, металлам; нагревостойкостью выше, чем у крем-нийорганических смол; механическими свойствами выше, чем у кремнийорганических смол стоимостью меньшей, чем кремнийор-ганические смолы. Применяют для изготовления лаков, клеев, за-ливочных компаундов. Многие эпоксидные смолы токсичны и могут вызывать кожные заболевания, при работе с ними необходимо соблюдать правила техники безопасности. Отвердевшие эпоксидные смолы уже не ока-зывают на организм человека вредного воздействия.

Страницы: 1, 2