Файл: РМ текст лекций.doc

Природные полимеры - целлюлоза, шеллак, лигнин, латекс, протеин и искусственные, получаемые путем переработки природных - натуральный каучук, целлюлоза и др. сыграли большую роль в современной технике. В некоторых областях, например в целлюлозно-бумажной промышленности они остаются незаменимыми. Однако для производства и потребления диэлектрических материалов в настоящее время наибольшее значение имеют синтетические полимеры.

3.9. Синтетические полимеры

Линейные неполярные полимеры. К неполярным полимерам с малыми диэлектрическими потерями относятся полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен, получаемые полимеризацией. Мономерные звенья макромолекул этих полимеров не обладают дипольным моментом. Эти полимеры имеют наибольшее техническое значение из материалов, получаемых полимеризацией.

Линейные полярные полимеры. По сравнению с неполярными полимерами материалы этой группы обладают большими значениями диэлектрической проницаемости (ε=3-6) и повышенными диэлектрическими потерями (tgδ=(l-6)·10^-2на частоте 1 МГц). Такие свойства обусловливаются асимметричностью строения элементарных звеньев макромолекул, благодаря чему в этих материалах возникает дипольно-релаксационная поляризация. Удельное поверхностное сопротивление этих материалов сильно зависит от влажности окружающей среды. К числу этих полимеров относятся поливинилхлорид, фторолон-3 (политрифторхлорэтилен), полиамидные смолы. Для электротехнических целей эти полимеры применяются в основном как изоляционные и конструкционные в диапазоне низких частот.

Таблица 3.9.1

Полимеры, получаемые поликонденсацией. В зависимости от особенностей проведения реакции поликонденсации могут быть получены полимеры как с линейной, так и с пространственной или сетчатой структурой молекул. В связи с тем, что при поликонденсации происходит выделение низкомолекулярных побочных продуктов, которые не всегда могут быть полностью удалены из полимера, диэлектрические параметры поликонденсационных полимеров несколько ниже, чем у получаемых с помощью полимеризации. Однако поликонденсационные полимеры могут быть получены с рядом ценных свойств, обусловливающих их широкое применение для материалов, применяемых в электротехнических целях. Так, линейные поликонденсационные полимеры имеют высокую прочность и большое удлинение при разрыве. Многие из них способны вытягиваться в тонкие нити, из которых можно получать электроизоляционные ткани, пряжу. Некоторые полимеры применяются для изготовления пленочных материалов. В отличие от линейных поликонденсационных материалов, которым присущи свойства термопластичных материалов, продукты, являющиеся в своей конечной стадии термореактивными, широко применяются как связующее в пластмассах, в качестве лаковой основы и в производстве слоистых пластиков. Из числа наиболее широко применяемых поликонденсационных полимеров можно назвать фенолоформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные, кремнийорганические. В таблице 3.9.1 приведены основные показатели некоторых упомянутых полимеров.

3.10. Пластмассы и пленочные материалы

Пластмассы находят применение в электротехнике как в качестве электроизоляционных, так и в качестве конструкционных материалов. По составу в большинстве случаев пластмассы представляют собой композиции из связующего и наполнителя. Кроме связующих и наполнителя применяют пластификаторы для улучшения технологических и эксплуатационных свойств пластмасс. В некоторые пластмассы вводятся стабилизаторы - химические соединения, способствующие длительному сохранению свойств пластмасс и повышению стойкости пластмасс к воздействию тепла, света кислорода воздуха. По способности к формованию полимерные материалы подразделяются на две группы — термопласты (термопластичные) и реактопласты (термореактивные).

Широкое применение в электрических машинах, аппаратах, трансформаторах, приборах получили слоистые пластики, преимущественно электроизоляционного назначения. К слоистым пластикам относятся гетинакс и текстолит с разными наполнителями и древеснослоистые пластики. Гетинакс получается путем горячего прессования бумаги, пропитанной термореактивной смолой. Текстолит аналогичен гетинаксу, но изготовляется из пропитанной ткани (ГОСТ 25500-82 и ГОСТ 2910-74). Текстолит, изготовленный на основе ткани, пропитанной фенолоформальдегидной смолой может работать в интервале температур —60+105°С. Гетинакс выпускается нескольких марок. Отметим гетинакс марки X, который имеет повышенную штампуемость и гетинакс марки ЛГ, изготавливаемый на основе лавсановой бумаги и эпоксидной смолы. Для изготовления печатных схем радиоэлектронной аппаратуры выпускается около 10 различных марок фольгированного с одной и с двух сторон гетинакса.

Применение стеклопластиков в качестве электроизоляционного и конструкционного материала в электромашиностроении позволяет создавать электрические машины разных классов нагревостойкости, повышать их надежность в эксплуатации и решать ряд новых технических задач.

В различных областях электротехники находят применение электроизоляционные органические полимерные пленки— тонкие и гибкие материалы. Пленки нашли широкое применение в производстве конденсаторов, электрических машин, аппаратов и кабельных изделий. Электроизоляционным пленкам для отличия их от пленок другого назначения присваиваются специальные марки. Органические полимерные пленки могут быть разделены на две большие группы, разделяющиеся по электрофизическим свойствам: неполярные и полярные пленки. Для изоляции обмоток низковольтных электрических машин важную роль играют полимерные пленки с повышенной нагревостойкостью. Малая толщина пленок, наряду с высокими значениями электрической и механической прочности, обеспечивает не только увеличение надежности, но и существенное улучшение технико-экономических показателей. ГОСТы и марки наиболее важных электроизоляционных пленок приведены в таблице 3.9.2.

Таблица 3.9.2

3.11. Стекло и керамика

Стеклообразное состояние является основной разновидностью аморфного состояния вещества. Стеклами называют аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердевания. По химическому составу имеющие практическое значение стекла делятся на три основных типа: оксидные— на основе оксидов (Si0₂, Ge0₂, Вi0₅, As₂0₅); галогенидные — на основе галогенидов, главным образом BeF₂(фторберилатные стекла) и халькогенидные — на основе сульфидов, селенидов и теллуридов.

Наиболее широко применяются оксидные стекла, которые в зависимости от состава делятся на ряд классов и групп: 1) по виду окисла стеклообразователя—силикатные, боратные, фосфатные, германатные, алюмосиликатные и др.; 2) по содержанию щелочных окислов — бесщелочные (могут содержать щелочноземельные оксиды—MgO, CaO, ВаО и др.) малощелочные; многощелочные.

Физико-химические свойства стекла. Наиболее высокие показатели механических свойств имеют кварцевые и бесщелочные стекла, а наиболее низкие — стекла с повышенным содержанием оксидов РbО, Na₂0, K₂0. Наибольшей стойкостью к воздействию влаги обладает кварцевое стекло. Гидролитическая стойкость стекол сильно уменьшается при введении в состав стекла щелочных оксидов.

Электрические свойства стекла в сильной степени зависят от их состава. Большинство стекол характеризуются ионной проводимостью. Некоторые специальные виды стекол — халькогенидные, ванадиевые (полупроводниковые) имеют электронную или смешанную проводимость. Наиболее сильно понижает электропроводность стекол Si0₂и Вi₂0₃. Наименьшую электропроводность имеет кварцевое стекло, а наибольшую высокощелочные. Обычно стекла более химически устойчивые имеют меньшую электропроводность, ρv стекол при невысоких температурах колеблется в пределах от 10 до 10 Ом·м. Диэлектрические потери в стеклах складываются из потерь проводимости, потерь релаксационных и структурных, tgδ стекол увеличивается с ростом содержания щелочных оксидов при малом содержании оксидов тяжелых металлов. Стекла с большим содержанием оксидов РbО и ВаО имеют низкий tgδ. Самую низкую ε имеет кварцевое стекло (3,7-2,8) и стеклообразный борный ангидрид (3,1-3,2), у которых наблюдается преимущественно электронная поляризация. При наличии в составе стекол оксидов металлов свинца и бария, обладающих высокой поляризуемостью, ε стекол увеличивается и становится высокой (порядка 20). Пробой стекол вызывается электрическими и тепловыми процессами. При постоянном напряжении электрическая прочность стекла резко снижается при увеличении температуры. В переменном электрическом поле электрическая прочность стекол составляет 17-80 МВ/м.