Поливиниловый спирт

Поливенлхлорид

Он стоек к действию воды, щелочей, разбавленных кислот, масел, бензина и спирта. Используется в технике и быту для изготовления пластических масс и резиноподобных изделий, в частности для изготовления проводов и защитных оболочек кабелей.

Не нашел применения в электроизоляции из-за сильно выраженной полярности, высокого угла диэлектрических потерь и растворимости в воде. Он служит исходным продуктом для синтеза смол типа поливенилоцеталий. Находящих более высокое применение для изготовления эмалей – лаков.

(СР) Полиокрилаты, фторорганические полимеры (политетрофторэтилен, политрифторхлорэтилен), гетерецепные термопластические сломы, фенолформальдегидные смолы, полиэфирные смолы, кремний – органические смолы.

Полиакрилаты – полимеры эфиров акриловой H₂C=CH-COOH и метакриловой кислот. Они имеют хорошую холодо-, масло- и щелочностойкость, - в зависимости от вида спиртового остатка в молекуле мономера они могут иметь различные механические свойства – прочность, твердость, эластичность.

Наиболее распространенный – полиметилметакрилат, т.е. полимер метилового эфира матакриловой кислоты .

Известен под названием оргстекло, плексиглас и другие. Широко применяется как конструкционный. Свойства выделять при воздействии эл дуги большое количество газов (CO, H₂, пары воды, СО₂) придает ему качество дугогасящего материала.

Фторорг. полимеры:

Фторорг смолы могут быть неполярные и полярные. Фтор входит в состав газов, имеющих особо высокую эл. прочность, и жидких диэлектриков. Рассмотрим политетрафторэтилен, который получается путем полимеризации тетрафторэтилена F₂C=CF₂

Благодаря симметричному строению молекул он неполярен. Он называется фторолон-4. фторлон-4 обладает высокой для органического вещества нагревостойкостью (+250 С), т.к. энергия связи C-F – высокая. Химически стоек, не горюч, абсолютно не гигроскопичен и не смачивается водой и другими жидкостями.

Фторлон-4 – белый или сероватый полупрозрачный материал, его плотность высока по сравнению с плотностью обычно органических полимеров. Материал сравнительно мягок и хладотекучесть материала характеризуется сохранение гибкости при t<80 C.

Политрифторхлорэтилен, имеющий строение молекулы: и являющийся полимером трифторхлорэтилена F₂C=CFCl, его называют фторлон-3. он является полярным диэлектриков, т.к. не имеет несимметричное строение молекул. Температура разложения больше 300 С. Химическая стойкость весьма высока, но ниже, чем фторлона-4, но зато радац. стойкость выше.

Рассмотрим смолы, в основную цепочку строения которых помимо атомов входят атомы друих элементов.

Гетероцепные термопластичные смолы: Полиамидные смолы имеют цепочные материалы, образованные повторяющимися от 4-х до 8-ми раз группами ­ –CH₂- и пептидными группами –СО-NH-. Они обладают весьма высокой механической прочностью и эластичностью; растворимы лишь в орг. числе растворителей (в крезоле).

Полиамиды широко применяются для изготовления синтетических волокон, гибких пленок и пластич. масс. Обладают относительно гигроскопичностью, малой радиоц. стойкостью, низкой светостойкостью и легко деформируется при повышенных температурах. Более высокой нагревостойкостью обладают полиамидные смолы, например: .

Фениленовые группы – С₆Н₄ – в главной цепи полимеров вообще способствует повышению их нагревостойкости. Так, полифениленоксид чрезвычайно нагревостоек, но хрупкость и отсутствие плавкости и растворимости затрудняют его переработку. Но он более технологичен.

Полиуетаны – линейные полимеры, в цепочках молекул которых между углеводородными остатками располагаются группы – NHCOO – В определенных условиях могут образовывать и молекулы пространственной структуры. Их используют для эмалирования проводов. Такие провода были нагревостойки, чем провода с изоляцией на основе поливинилацеталевых лаков, но уступают в этом отношении проводами с полиэфирной изоляцией. Они способны обслуживаться без предварительной зачистки эмалевой изоляции. Недостаток – склонность к размягчению эмалевой пленки при повышенных температурах (с 150С).

Фенолформальдегидные смолы: это продукты поликонденсации фенола Н₅С₆-ОН (или крезола Н₃С-С₆Н₄-ОН и аналогичных веществ) с формальдегидом Н₂СО.

Они могут быть изготовлены как термореактивными, так и термопластичными. Если в реакции самообразования а один моль фенола приходится не менее одного моля формальдегида, получается термореактивная смола, т.н. бакелит. Его применяют для пропитки дерева и др угих материалов, при изготовлении пластич. масс, в том числе слоистых – гетинакса, текстолита и др.

Если же при варке смолы из фенола и формальдегида взять менее одного моля формальдегида на один моль фенола применить не щелочную, а кислотный катализатор (например HCl), то получится смола типа новолака. Новола является термопластичной смолой и после нагрева сохраняет плавкость и растворимость.

Фенолформальдегидные смолы вследствие наличия в их молекулах гидроскопичных групп – ОН – поляны.

Крезольные смолы

Анилиноформальдегидные смолы

Карбамидоформальдегидные смолы

Меламиноформальдегидные смолы

Полиэфирные смолы: - продукты поликонденсации разложения спиртов и кислот (или их ангидридов).

Глифталевые смолы термореактивны, хотя для запекания требуют более высокой температуры и большого времени, чем бакелит. Высокая эластично, клейкость, стойкость к тепловому старению и трекингостойкость. Полиэтилентерефталат – термопластичный полимер, получаемый поликонденсацией гликоля НО-СН₂- СН₂-ОН и терефталевой кислоты НООС-С₆Н₄-СООН, имеет строение _________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

При молекулярной массе около 30000 имеет значительную механическую прочность и высокую температуру размягчения (200 С). Применяется для изготовления синтетических волокон, гибких пленок, для обладающей высокой механической прочностью изоляции эмалированных проводов.

Поликрабонаты – полиэфиры угольной кислоты НО-СООН. Обладают высокими механическими свойствами. ненасыщенные полиэфирные смолы – продукты поликонденсации гликолей или многоатомных спиртов с ненасыщ. кислотами, либо их ангидридами.

Полиэфирклиты получаются из фталиевого ангидрида, этиленгликоля, метакриловой кислот и т.п. Они обладают малой вязкостью при нормальной температуре.

Кремнийорганические смолы. В их состав, помимо углерода, входит кремний, являющийся одной из важнейших составных частей многих неорганических диэлектриков: слюды, асбеста, ряда стекол, керамических материалов и пр.. Основу строения их молекул образует силоксановая группа чередующихся атомов кремния и кислорода. Полиорганосилоксаны могут быть как термопластичными и иметь линейной строение так и термореактивными и образует пространственные структуры, например: , R – органический радикал, например метил (СН₃), этил (С₂Н₅), фенил (С₆Р₅).

Силиконовая связь более прочна, чем С-С, что определяет более высокую нагревостойкость кремнийорганических полимеров по сравнению с большинством рассматриваемых нами органических полимеров. Они используются в лаках, компаундах, пластмассах; некоторые из них весьма эластичны (каучуки).

Электроизоляционные свойства их высоки даже при повышенных температурах. Нагревостойки. Обладают малой гигроскопичностью и практически не смачиваются водой. Низкая механическая прочность.

Электроизоляционные лаки Большое значение в электрозарядке имеет лак и компаунды.

Лаки – растворы смол, битумов, составляющих лаковую основу в летучих растворителях. При сушке растворимость улетучивается и лаковая основа переходит в твердое состояние.

По применению лаки делятся ан:

1) пропиточные лаки. Используются для пропитки пористой изоляции (бумага, картон, ткань, изоляция обмоток эл машин). При пропитке лаками повышается пробивное напряжение, повышается теплопроводность и уменьшается гигроскопичность.

2) Покрывочные лаки: служат для прочной гладкой и блестящей поверхности; они создают защиту от влаги, разрушителей, улучшают внешний вид изделия и защищают его от загрязнения.

3) Клеящие лаки: служат для склеивания твердых диэлектрических материалов.

По режиму сушки лаки делят на:

1) Лаки горячей сушки: t>70 C

2) Лаки холодной сушки (воздушной) при комнатной температуре.

Существует также разновидность смоляных лаков – растворы синтетических и природных смол. А)Бекетиловые лаки – раствор в спирте. Они бывают пропиточные и клеящие. Они дают механическую прочную, но мало эластичную пленку. Их применяют при производстве гетинакса, гекстолита, при изготовлении изоляции эл аппаратов высокого напряжения; Б) Глифталевые лаки – раствор глифталевой смолы, смеси спиртов с жидкими углеводородами. Эти лаки обладают склеивающей способностью. Используется для клейки никомитов. Недостаток – низкая влагостойкость; В) Кремнеорганические лаки. Их сушка при высокой температуре, они образуют нагрево- и влагостойкость пленки; Г) Поливинилхлоридные лаки: Они стойки к воздействию бензина, масла; относятся к покрывным лакам; применяются для защиты изоляции, работающей в атмосфере, содержащей кислотные пары.

Целлюлозные лаки – растворы эфиров целлюлозы. Пленки этих лаков термопластичны. Большинство - лаки холодной сушки, особое значение имеют нитролаки. Пленки их механически прочны, хорошо блестят, хорошо сопротивляются действию масел, бензина; применяется для пропитки хлопчатобумажной оплетки автомобилей, самолетных проводов с целью защиты от влияния озона, масел, бензина.

Масляные лаки – основа – высыхающие масла, применяются для производства лако-тканей и лако-бумаги, для пропитки обмоток эл машин и аппаратов. Недостаток – имеют низкую влагостойкость.

Черные лаки – основой является битум, они дешевы и образуют менее гигроспичные пленки с боле высокими эл изоляционными свойствами; слабо подвижны строению. Недостаток – малая эластичность.

Чисто битумные лаки – основа – битум и масла, пленка таких лаков более гибки, менее подвержены растворению и размягчению при нагреве.

Масляно-смоляные лаки – (масляно-глифталевые) – используются для пропитки обмоток масляно-наполненных трансформаторов, изоляций.

Лаки имеют буквенно-цифровое обозначение. Буква – состав лаковой основы, цифра – общее назначение лаков

Компаунды – отличаются от лака отсутствием в них растворителя. По применению делятся на:

1) пропиточные (аналог пропиточным лакам)

2) заливочные – для заполнения больших полостей или промежутков. Наиболее старыми по времени внедрения в эл промышленность компаундами является битумы с определенной температурой размягчения. Они используются для пропитки статорных обмоток эл машин. Для пропитки роторных обмоток они непригодны из-за своей термопластичности.

В кабельной технике большое значение имеют кабельный компаунды. К ним относятся:

1) пропиточные – используются для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей и изготовляющиеся из нефтяного масла.

2) Заливочные – для заливки соединительных, ответвительных и кольцевых муфт.

(СР) Компаунды РГЛ, КГМС, МБК, полиуретановые, Т-10, эпоксидные.

Рассмотрим некоторые применяющиеся компаунды: ЦКП-3 – это термопластичный компаунд, состоящий из 87 весовых частей церезина, 10 частей канифоли и 3-х частей полиизобутилена.

РГЛ – является компаундом, состоящим из полиэфиров и искусственных смол, которые отвердевают с помощью уротропина или др. отвердителей и переходит в термореактивное состояние. Предназначается для заливки катушек и др. деталей аппаратуры.

КГМ – это компаунд из полиэфиров со спиртом и спец. добавками. При нагревании до 80-100 С из него образуется тв. полимер, светло-желтого или коричневого цвета. Он применяется для заделки катушек, трансформаторов и др. деталей.

МБК – это компаунды, являющиеся пропиточными и заливочными термореактивными материалами на основе акриловых и метакриловых эфиров. В исходном состоянии они представляют собой слабо-желтые жидкости, затвердевающие без введения доп. компонентов при нагреве в течение 10-18 ч и температуре 70-75 С или с соответствующими добавками при комнатной температуре 6-12 ч. В компаунды МБК могут вводится наполнители: пылевидный кварц, тальк и др.

Компаунды МБК применяют для герметизации обмоток и блоков электронной аппаратуры, работающей в условиях высокой влажности.

Полиуретановые компаунды – бледно-желтые вещества с хорошей холодостойкостью, крепко сцепляющиеся с металлами. Отвердевают при температуре 60-80 ⁰С в течение 2-4 суток. Применяют для пропитки и заливки высоковольтных трансформаторов, полупроводниковых выпрямителей, отклоняющихся и фокусирующих устройств, конденсаторов и др. деталей.

Т-10 – это компаунд на основе кремнийорганической смолы, наполнителей (тальк, асбест) и спец отвердителя. Обладает высокой нагревостойкостью, достаточной удельной ударной вязкостью 10-12 кДж/м², малой усадкой, стабильностью эл свойств даже в условиях тропической влажности. Применяют его для заливки низковольтных и высоковольтных трансформаторов, блоков, дросселей и др. изделий.

Эпоксидные компаунды, отличающиеся высокой механической прочностью, высокой нагревостойкостью, а также хорошими эл свойствами, имеют важное значение для радиоэлектроники. Эти компаунды на основе эпоксидных смол и отвердителей (различных химических соединений, вступающих в реакцию с функциональными группами эпоксидных смол или являющихся катализаторами отвердения). Кроме смолы и отвердителя в компаундах может быть пластификаторы, наполнители, разбавители и т.д. В зависимости от состава имеются компаунды, отверждающиеся при комнатной температуре или при прогреве.

Эпоксидные смолы являются продуктами поликонденсации хлорированных глицеринов с двухатомными фенолами в щелочной среде. Наиболее распространена смола, получаемая при взаимодействии эпихлоргидрана глицерина с дефенилолпропаном (дианом), называют обычно диановой.

Наполнителями в эпоксидных компаундах может быть кварцевая и слюдяная мука, двуокись титана, мрамор и др.; пластификаторами – трикрезилфосфат, дибутилфталат и т.п.

Эпоксидные компаунды обладают малой усадкой при затвердевании, исключительной прочностью и весьма высокими влагозащитными свойствами.

Волокнистые материалы. Дешевы, обладают большой механической прочностью, гибкостью, удобством в обработке. Невысокая эл прочность, теплопроводность, гигроскопичность. Их обычно применяют в пропитанном виде

По виду исходного сырья:

1) Материалы из растительных волокон: бумага, картон, хлопчатобумажная пряжа, ткани;

2) Из животных волокон (натуральный шелк)

3) ИЗ искусственных и синтетических волокон: ацетатный шелк, капрон.

4) Из неорганических волокон: стекловолокно, асбест.

Основным волокнистым материалом является бумага. Необходимо важным эл техническим бумаги является конденсаторная бумага – малая толщина высокая прочность. Благодаря малой толщине конденсатор имеют большую удельную емкость. При температуре 110-120 С бумага окисляется, уменьшается механическая прочность, а при температуре 150-160 С конденсатор разрушается.

Кабельно-телефонная бумага – для изоляции телефонных кабелей.

Пропиточная – для производства слоистой бумажно-бакелитовой изоляции.

Эл технический картон – имеет большую толщину, используется для приборов в качестве изоляции, работающие на воздухе.

Лако-ткань – ткань, пропитанная масляным или маслено-битумным лаком, применяют в качестве гибкого эл. изоляционного материала для изоляции трансформатора, катушек индуктивности.

Пластмассы.

Под влиянием внешнего давления и в большинстве случаев при одновременном нагреве пластмассы (пластики) характеризуются способностью приобретать определенную форму, соответствую очертаниям пресс-формы, используемой для изготовления изделия.

Изготовив 1 раз пресс-форму требующих размеров и конфигурации можно отпрессовать в ней большое количество изделий. После изготовления нескольких тысяч изделий пресс-форма изнашивается и получается много бракованных изделий.

Пластмассы применяют в качестве эл изоляции и в качестве конструкционных материалов. В большинстве случаев пластмассы состоят из 2-х основных составляющих:

1) связующего органического полимера, который может деформироваться под воздействием давления; 2) наполнитель – прочно сцепляющийся со связующим, может быть порошкообразный, волокнистый, листовой (древесная мука – мелкие опилки, каменная мука, хлопчатобумажная или асбестовое или стеклянное волокно). Наполнитель повышает прочность, уменьшает хрупкость; 3) пластификаторы, которые увеличивают пластичность и уменьшают хрупкость; 4) красители, придающие определенную окраску.

В зависимость от связующего пластмассы бывают: 1) горячей; 2) холодной прессовки.

1) требуют при прессовке нагрева

2) Прессуются при комнатной температуре.

Большинства пластмасс относятся к (1), которые делятся на: а) термопластичными (термопласт); 2) термоактивные (реактопласт)

Связующие (а) термопласта сохраняют способность к повторному размягчению и растворению в тех или иных растворителях; связующие (б) после воздействия нагрева во время прессования переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

Пластмассы из полиэтилена, полистирола и др. неполярных полимеров обладают слабым углом диэлектрических потерь, но обладают низкой нагревостойкостью. Пластмасса из поливинилхлорида (винипласт) изготавливаются в виде листов, применяются для изоляции в эл аппаратуре, работающей в условиях высокой влажности и воздействии химически активных веществ, но при относительно не высокой рабочей температуре.

Слоистые пластики.

Наполнителем в них является листовой волокнистый материал. К слоистым пластикам относятся: 1) гетинакс; 2) текстолит.

1)получается посредством прессовки бумаги, пропитанной бакелитом; берется прочная и нагревостойкая пропиточная бумага.

Способы пропитки:

1) Лакирование» 2) Нанесение расплавленной смолы; 3) Пропитка водно-смоляной суспензией.

Наиболее распространенным способом был пр-е лакирование, т.е. пропитка раствором бакелита А в спирте с последующей сушкой (бумага разматывается из рулона, проходит через ванну с лаком, далее в сушильную шахту и через валики на приемный механизм). Недостаток – большой раствор спирта, т.е. повышение пожароопасности. В России новая технология – 3) способ – не требует применения спирта. Пропиточная бумага, бакелитизированная нарезается листами требуемого формата, собирается пачками нужной толщины и укладывается между пластинами пресса (пресс состоит из нескольких этажей).

Во время прессования через просверленные в плитах каналы пропускают пар, который нагревает плиты, валит расплавляется и заполняет поры между волокнами бумаги и отд. ее листами и запекаясь твердеет и связывает отдельные слои бумаги. Температура плит пресса 160-165 С, по окончанию плиты охлаждаются до 60 С. Он бывает различных марок: 1) для панели распределительных устройств, щитов, изоляционных перегородок в устройствах низкого напряжения

2) для деталей, работающих в масло заполненной аппаратуре высокого напряжения.

Также встречается фольгированный геканакс. Он применяется для изготовления печатных плат.

Текстолит. Материал аналогичный гекенксу, но изготавливается из пропиточной ткани. Обладает повышенной удельной ударной вязкостью, стоек к истиранию и сопротивлению раскаливания. Недостаток – дороже гекенакса, применяется в исключительных случаях.

Эластомеры. Большое значение в различных отраслях техники и в быту; имеют материалы на основе каучука. Натуральный каучук получают из растений каучуконосов. Они содержат каучук в млечном соке. Уже при нагреве до 50⁰С каучук размягчается и становится липким, а при низких температурах – хрупким. Раствор каучука в бензине (резиновый клей) применяется для склеивания каучука и резины. Натуральный каучук не может применятся для эл изоляции, т.к. он малостоек к высоким и низким температурах.

Для устранения недостатков натуральный каучук подогревают вулканизации, т.е. нагреву его с серой.

Следующим эластомером является резина. В зависимости от добавляемой серы (от ее количества) получают:

1) Мягкая резина (5-13%) – эта резина обладает высокой растяжимостью и упругостью; 2) Твердая резина (эбонит) (серы в ней от 30 – 35%) высокая стойкость к ударным нагрузкам.

В состав резиновой смеси вводят различные наполнители (мел, тальк), красители, татализаторы (ускорители) в процессах вулканизации. Резину хорошо применяют для изоляции установочных и монтажных проводов и кабелей.

Она применяется также для изготовления перчаток, галош, ковриков (резиновых). Ее недостаток: низкая нагревостойкость (при нагреве она стареет, становится хрупкой и трескается).

(СР) Синтетический каучук, бутадиеновый каучук, бутадилен–стирольный каучук, бутилкаучук, бутадиен-нитрилакрильный каучук, кремнийорганические каучуки.

Синтетический каучук. Сырье для получения синтетического каучука служит спирт, нефть и природный газ. В кабельной промышленности резины для защитных оболочек изготавливаются исключительно на основе СК, а в изоляционных смесях более половины. Натуральный каучук заменяется СК.

Бутадиеновый каучук (СКБ) получается при полимеризации газообразного углеводорода бутадиена (дивинила): . СКБ, используемый в качестве эл изоляции, должен быть тщательно отмыт от остатков катализатора (натрия), который может ухудшать его эл. изоляционные свойства. При нагреве до 200-300 ⁰С СКБ (без добавки вулканизирующих веществ) дополнительно поляризуется в результате разрыва двойных связей и переходит в эскапон (близок к эбониту по механическим свойствам). По мере увеличения времени поляризации материал получается все более твердым. Эскапон имеет высокие электроизоляционные свойства. На основе экскапона изготавливается целый рад электроизоляционных материалов (лаки, лако-ткани, компаунды и т.п.)

Бутадиен-стирольный каучук (СКС) получается при совместной полимеризации бутадиена и стирола. По эл изоляционным свойствам СКС приближается к натуральному каучуку. Он обладает повышенной нагревостойкостью, малостойкостью и бензиностойкостью.

Бутилкаучук получают совместный полимеризацией изобутилена с небольшим количеством изопрена или бутадиена. Высокая нагревостойкость, повышенная стойкость к действию кислорода, озона и кислот. Его газопроницаемость в 10-20 раз меньше, чем натурального каучука; не высокая эластичность, но сохраняется при температурах меньше –60 С, т.е. бутилкаучук имеет высокую холодостойкость.

Хлоропреновый каучук получается полимеризацией хлоропрена. Это полярный материал с невысокими эл изоляционными свойствами. Стоек к действию масла и бензина, Озона и др. окислителей, благодаря чему применяется для защитных оболочек кабельный изделий, маслостойких прокладок и т.п. Он более устойчив к тепловому старению и менее проницаем для газов, чем НК.

Бутадиен-нитрилакрильный каучук (СКН) получатся совместной полимеризацией бутадиена и акрилнитрала. Имеет дипольную природу и невысокие эл изоляционные свойства. СКН более стоек к действию растворителей.

Кремнийорганические каучуки - В основе строения молекулы такие каучуки имеют полисилоксановую цепочку. Они вулканизируются лишь при введении спец добавок, например, органических пероксидов. Они обладают высокой нагревостойкостью (около 250 С), хорошей холодостойкостью (сохраняет гибкость при температура –70 - -100 С) и хорошими эл изоляционными свойствами, но имеют невысокие механические свойства, малостойки к действию растворителей, дороги.

По механическим свойствам может быть разделены на 2 группы (вышерассмотренные каучуки):

1) Резины из каучуков 1-ой группы имеют относительно высокую прочность при растяжении даже без давления наполнителей.

2) Резины из каучуков 2-ой группы обладают высоким пределом прочности при растяжении только при наличии в их составе активных наполнителей. Не обладают способностью кристаллизоваться.

1 – НК, хлоропреновые К, бутилкаучуки, 2) – СКБ, СКС, кремнийорганические К.

Клей. Он применяется для склеивания различных деталей и конструкций.

Карбонильный клей Склеивает керамику, стекло, слюду, дерево, бумагу, картон, пластмассу, алюминий, сталь, чугун. Наибольшая прочность достигается при склеивании стали со сталью (при температуре 15-20 С). Отвердение клея происходит под давлением 0,3-0,5 МПа.

Он устойчив к действию нефтяного масла, бензина, но не совсем влагостоек. Холодостойкость при -60С. Прочность и изоляционные свойства сохраняются до +60С.

БФ – изготавливают посредством соединения поливинил-ацеталей и фенолоформальдегидных смол. Они обладают большой прочностью, высокой способностью сцепления с различными материалами и эластичностью слоя. Применяется для склеивания металла, а также для эл изоляций деталей, когда нужен клеевой шов с повышенной нагревостойкостью. Клеевое соединение с помощью БФ-4 осуществляют, когда нужно эластичность и стойкость к вибрациям.

Акриловый клей Они изготавливается из стружки орг стекла, растворенного в дихлорэтане. Клеевой шов обладает влагонепроницаемостью; предел прочности при склеивании скалывании склеенных им образцов составляет 12 МПа.

Термокремновый клей его основа – термокрен. Это натуральный каучук, обработанный орагический сульфак-тами. Применяеся для склеивания резины с металлом, тонких металлических пластин. Склеенный шов обладает влагостойкостью. Клей не меняет свойство от –40 до +60 С, хорошо переносит вибрации. Он стоек к действию грибковых бактерий.

Эпоксидный клей. Обладает хорошей к различным материалам. В зависимости от отвердителя эти клеи могут затвердеть либо при комнатной температуре, при температуре от 100-140 С.

Полиэфируретановый клей. Применяется для склеивания металлов, пластиков, дерева, различных видом стекол, керамики, резины, тканей, бумаги.

Стекла. Это не органические квазеаморфные вещества, они представляют собой сложные системы различных оксидов: SiO₂, Ba₂O₃.

Свойства стекол: 1) Плотность от 2-8,1 Мг/м³; 2) Механические свойства: Прочность стекол на сжатие много больше, чем на разрыв. Предел прочности при сжатии от 6 тыс до 21 тыс МПа, при растяжении от 100-300 МПа; 3) Тепловые свойства: не имеют резко выраженной температуры плавления, температуры размягчения большинства стекол от 400-800С.; 4) Оптические свойства: Обычные стекла прозрачны для лучей видимой части спектра. Некоторые добавки придают стеклам определенную окраску (СоО – синяя, Cr₂O₃ – зеленую); 5) Гидролитическая стойкость; стойкость к действию влаги оценивается массой составных частей стекла; Растворимость стекла увеличивается при повышении температуры.

Классификация стекол. По назначению различают: 1) Конденсаторные стекла. Используются в качестве диэлектрика конденсатора, применяемых в высоковольтных фильтрах, импульсных генератора, колебательных контурах высокочастотных устройств. Они должны иметь повыш. e и малый tgd.

2) Установочные стекла: используются для изготовления установочных деталей, изоляторов (телеграфных, антенных, опорных, проходных), бус и т.п.

3) Ламповые стекла используются для баллонов и ножек осветительных ламп.

3) Стекла наполнители: к ним принадлежать пластмасса горячей прессовки, состоящая из стекла и слюдяного порошка. Это соединения называется микалексом.

Классификация по химическому составу.

1) Щелочные стекла без тяжелых оксидов или с незначительным их содержанием. Из таких стекол делают бутылочные стекла, оконные стекла, стекла «пайрекс», имеющие довольно малые a_l, сравнительно стойкие к термоударам.

2) Щелочные с большим количеством тяжелых оксидов (PbO – флинты (стекла) ВаО – кроны). Это оптические и эл изоляционные стекла. Они имеют высокую e и малый tgd.

3) Безщелочные стекла. Это кварцевые стекла и стекла с малым количеством щелочных оксидов. Они применяются для оптич эл изоляции и спец целей.

Стеклоэмали. Это стекла, которые наносятся тонким слоем на поверхность металлическую и др. предметов с целью защиты от коррозии, для предания определенной окраски и улучшения внешнего вида изделия.

Стекловолокно. Стекло в толстом слое, хрупких материал, но тонкие стеклоизделия обладают повышенной гибкостью из стекловолокна изготавливают нагревостойкую изоляцию проводников, стекловату, полосы, жгуты и световоды.

Световоды – это жгуты, состоящие из стеклянных волокон, имеющие сердцевину и оболочку из стекла разного состава с различными показателями преломления.

Ситаллы. Изготавливаются путем кристаллизации стекол спец состава, они занимают промежуточное положение между обычными стеклами и керамикой, поэтому иногда их называют стеклокерамикой. Ситаллы непрозрачны, но многие из них в тонком слое пропускают свет. Их применяют для изготовления ответственных изделий.

Керамика. От греческого слова – горшечная глина. Керамика – неорганический материал, получаемый из отформоранных линейных масс в процессе высокотемпературного обжига. Основными компонентами является безкислородные соединения металлов, оксиды.

Для современной радиокерамики характерно:

1) высокая нагревостойкость; 2) отсутствие гигроскопичности; 3) Хорошие эл характеристики при данной механической прочности.

Стабильность характеристик, надежность, стойкость к воздействию высокой энергии. Сырье для производства керамики доступно и дешево.

Керамика – многофазная система. Она состоит из 3-х фаз.

1) Кристаллическая фаза. От нее зависит диэлектрическая прочность, диэлектрические потери, температурный коэффициент линейного расширения, механическая прочность;

2) Стекловидная фаза (прослойки стекла, связывающие кристаллическую фазу). Ей определяются технологические свойства керамики: 1) температура спекания; 2) ст пластичность керамической массы; 3) Базовая фаза (газы в закрытых порах_

Наличие газовой фазы приводит к снижению эл и механической прочности керамики. По наличию газовой фазы керамика бывает плотной и пористой.

Классификация керамических материалов.

Активная - плотная - пористая

Пассивная - установочные - конденсаторные

Плотная керамика – это керамика с плотностью диэлектрической проницаемости e<10. Она обладает высокими электроизоляционными свойствами, повышенной механической прочностью. Ее применяют для изготовления опорных, проходных, подвесных антенных изоляторов, ламповых панелей, каркасных индуктивных катушек.

Пористая керамика. Применяется для изготовления внутренних изоляторов электронных ламп, основания проволочных и непроволочных резисторов.

Конденсаторная керамика. Керамика с e>12 называется повышенной и с e>900 называют высокой конденсаторной керамикой. Используют для изготовления низкочастотных и высокочастотных конденсаторов низкого напряжения.

Активная керамика. Сегнетокерамика (для изготовления нелинейных конденсаторов (варикондесаторов), пьезоэлектродов). В радиотехнике широко применяют материалы, кристаллическая фаза которых относятся к системе ВаО, Al₂O₃, SiO₂, т.е. керамику муллитокремнийземистую, корундовую, корундомуллитовую, цезиановую.

Муллито-кремнеземистая: Кристаллическое соединение муллит (3 Al₂O₃ x 2SiO₂). Относится к алюмосиликатам. В природе встречается очень редко, но легко синтезируется из каолина (Al₂O₃ x 2SiO₂ x 2H₂O) и глинозема (Al₂O₃). К этому виду относятся обычной изоляторный фарфор, сырьем для которого служит каолин, кварц, щелочной полевой шпат (K₂O x Al₂O₃ x 6SiO₂).

Радио фарфор – высокочастотный установочный керамический материал. Из-за высокого содержания глины (до 40%) он отличается пластичностью и из него можно делать большие и мелкие изделия.

Корундовая керамика. Корунд – одна из кристаллических модификаций глинозема, обладающего высокой __________________. Эти свойства она сохраняет при высоких температурах. Обладает высокой эл стойкостью, является отличным диэлектриком. Термическая стойкость корунда не высока. Его применяют в различных областях техники. Из него делают резцы, используемые при высоких скоростях резания, калибры, фельеры, детали высокотемпературных печей, свечей зажигания ДВС, корпуса интегральных микросхем. Керамику с плотной структурой используют в качестве вакуумной, а пористую керамику как пористо-изоляционный материал.

Корундово-муллитовая керамика. Состоит из a - модификаций глинозема, кварца (SiO₂), оксибария (ВаО) и др. добавок.

Корундово-муллитовая масса КМ₁ высокопластичная, из нее изготавливают всевозможные изоляторы больших размеров. Изделия этой керамики могут работать при температурах 200 С. однако пробивное напряжение резко уменьшается.

Цельзиановая керамика. Она состоит в основном (69%) из предварительно синтезированного цельзиана (BaO x Al₂O₃2SiO₂) с добавками каолина, глины, углекислого бария, который образует стекловидную фазу из алюмосиликатного стекла. Для этой керамики характерны низкие значения температурных коэффициентов, а также незначительные диэлектрические потери (даже при нагреве до 400 С). Недостаток – небольшая механическая прочность. Из нее изготавливают каркасы катушек индуктивности, высокочастотные конденсаторы и др. изделия, работающие при высоких температурах.

Слюда. Является минералом, обладающие способностью расщепляется на очень тонкие листочки по плоскостям спаянности. В электро- и радиотехнике применяют слюду 2-х типов: мусковит (прозрачный, бесцветный или светло-коричневый), флогопит (в толстом слое он коричневого цвета, в током – прозрачный). Температура плавления слюды примерно 1300 С. Однако при нагреве флогопита до 900 С, а мусколита до 600 С наблюдается выделение кристал. воды. Природная слюда используется для электроизоляции в количестве не более 10% от всей добываемой слюды. Добыча трудна, поэтому она дорога и дефицитна. В целях использования для изоляции мелких пластинок слюды и ее отходов изготавливают ряд материалов на основе слюды. Микониты и слюд. рулонные материалы широко используются в электро и аппаратостроении. Они состоят из пластинок щипанной слюды, склеенной между собой лаками. Слюдяные листочки на подложке из волокнистого материала образуют рулонные материалы – микалентумы (слюда расположена между двух слоев бумажных подложек) и микафолии (слюда наклеена на одну сторону бумажной подложки). Слюда заклеенная между двумя слоями стеклянной ткани называется стекломекалентом. Слюдяная изоляция отличается высокой нагревостойкостью и эл прочностью.

Слюдониты. Это электроизоляционный материал. Отходы природной слюды нагреваются в течение 30-60 минут до 200-900 С. При этом слюда теряет кристаллическую воду и сильно вспучивается, затем слюду подвергают гидравлической обработке, превращающей материал в мелкие и тонкие чешуйки и образующие с водой слюдяную пульку. Пульку отливают в спец машине в слюдяную бумагу или картон.

Слюдопласты. Из слюды, предварительно расщепленной при воздействии метилового спирта или струей воды под большим давлением на очень тонкие пластинки после снятия давления к-ки охлаждаются, сушатся и путем прессования образуют слюдяные пласты. Они применяются как в непропитанном, так и в пропитанном виде. Непропитанные используются в качестве нагревостойкой изоляции.

Миколекс. Используется для изготовления установочных эл изоляционных и эл термических материалов. Изготавливается из слюдяного порошка и борно-щелочного стекла в процессе прессования.

Синтетическая слюда. Изготавливается искусственным путем. Из синтетической слюды можно назвать фтор-флогонид. Он не содержит кристаллическую воду. Недостатком также является то, что из них нельзя получить детали больших размеров и она еще дороже природной.

Слюдокерамика. Образуется путем спекания синтетической слюды с раствором ортофосфорной кислоты. Из нее изготавливают изоляционные кольца, втулки, изоляторы радиоламп.

Пресскерамика. Применяется для изготовления проходных и антенных изоляторов, деталей радиоаппаратуры, работающих при температуре до 400 С. Новомикалекс и миколастик получаются прессованием слюды со стеклом. Применяется при запрессовке в эти материалы выводов из титана, тантал, молибдена, стали, причем, герметичность с металлом не нарушается при температурах до 550 С.

Сегнетокерамика – это особая группа материалов, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами: резкой зависимостью e_r от температуры и направленности эл поля, наличием диэл гистерезиса и пр. Одним из таких материалов является BaTiO₃. Добавлением к титану бария некоторых др материалов (Как сегнетоэл, так несегнетоэл) и удается существенно изменять его свойства, и в частности, сильно смещать точку Кюри в область более высоких температур (например, BaTiO₃; SrOTiO₂)/

Пьезокеримика. Например, материал Т_-1700, применяется для изготовления пьезоэл микрофонов, звукоснимателей, излучателей и приемников ультразвука, из него делаются датчики давления, ускорителей и вибраций. Новые пьезоэлектрики отличаются от Т_-1700, главным образом, большей стабильностью пьезомодуля в зависимости от температуры и времени.

Материалы для варикондов – материал с резко выраженными нелинейными свойствами, применяют для изготовления нелинейных конденсаторов – варикондов. Одна из основных характеристик варикондов – коэффициент нелинейности К, определяемый как отношение максимального значения диэлектрической проницаемости при некотором максимальном для данного материала напряженности эл поля к начальному значению диэл проницаемости. Вариконды предназначены для управления параметрами эл цепей за счет изменения их емкости при воздействии как постоянного, так и переменного напряжения, так и нескольких напряжений, приложенных одновременно и различающихся по величине и частоте.

Проводниковые материалы. Это материалы, обладающие электропроводностью. Важными проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы. Они делятся на следующие группы.

1) Металлы высокой проводимости (токоведущие части устройств, аппаратуры, провода, обмотки, монтажные детали); 2) сплавы высокого сопротивления (реостаты, доп сопротивления, нагревательные элементы); 3) контактные материалы (эл контакты); 4) конструкционные материалы для различного назначения; 5) материалы для пайки.

Основные свойства проводников. 1) удельная проводимость g или удельное сопротивление (обратная ее величина) r.

Известно, что I=gE, I – плотность тока, Е – напряженность эл поля, [g]=см*м , R – сопротивление проводника, S – поперечное сечение, l – длина проводника.

Диапазон значений удельного сопротивления проводников узок: от 0,016 для серебра и железо- хлор- до 10 мкОм*м – для алюминиевых сплавов.

2) Температурный коэффициент удельного сопротивления: , всегда положителен.

Коэффициент удельного сопротивления для чистых металлов в тв. состоянии близок к температурному коэффициенту линейного расширения идеальных газов.

Повышенным коэффициентом удельного сопротивления обладают ферромагнитные материалы.

3) Коэффициент теплопроводности g_Т, g_Т для металлов больше, чем у диэлектриков. При повышении Т, когда подвижность электронов уменьшается, и уменьшается удельная проводимость g. Отношение коэффициента теплопроводности g_Т к его удельной проводимости g должно увеличиваться законом Видемана-Франца-Лоренци: , Т – термодинамическая температура; L₀ – число Лоренца, равное 2,45*10^-8 В²/К². этот закон выполняется для всех металлов, исключение составляет Mg и Be.

4) Контактная разность потенциалов и термо-ЭДС.

При соприкосновение 2-х проводников между ними возникает контактная разность потенциалов. Это объясняется различными работами выхода электронов из металлов и разной концентрацией электронов у металлов

, где U_a, U_b - потенциалы металлов а и b, п_0а, n_0b – концентрации электронов, k – постоянная Больцмана.

Если температура спаев одинаковы, то сумма разности потенциалов равна нулю.

Если один спай имеет температуру Т₁, а другой - Т₂, в этом случае термо-ЭДС равна:

Контактная разность потенциалов: - постоянный коэффициент термо-ЭДС для пары проводников.

5) Работа выхода электрона из металла.

6) Предел прочности при растяжении s_р и относительное удлинение перед разрывом

Температурный коэффициент линейного расширения . По этой формуле рассчитывают коэффициент линейного расширения и необходимо для расчета температурного коэффициента сопротивления провода .

Механические свойства характеризуются также хрупкостью и твердостью металла.

Материалы высокой проводимости. Первым металлом с наибольшей проводимостью является серебро. Его твердость невелика и оно легко деформируется. t_плав=960 С. При обычных температурах серебро окисляется медленно, а при повышенных – интенсивно. В присутствии сернистых соединений поверхность серебра покрывается слоем сернистого серебра, обладающего большим сопротивлением.

Серебро применяется. Для изготовления электродов керамических и слюдяных к-ров, для покрытия медных обмоточных проводов, катушек индуктивности высокой частоты, для токоведуших элементов печатных плат, а также в контактных слаботочных и сильноточных.

Следующий материал - медь – это второй металл после серебра. Ее проводимость зависит от чистоты. Примеси снижают проводимость. Преимущество меди: 1) малое удельное сопротивление; 2) высокая механическая прочность; 3) достаточно хорошая стойкость к коррозии. При коррозии медь покрывается тонкой пленкой окиси, которая предохраняет от дальнейшего окисления меди. Сильно коррозирует при окислении сероводородом, аммиаком и серной кислотой при t>150 C.

4) хорошая обрабатываемость (медь прокатывается в листы, ленту, проволоку разной толщины, фольгу). В виду большой вязкости меди особенно отожженной ее механическая обработка (точение, сверление) затруднена.

5) относительная легкость пайки и сварки.

В чистом виде медь имеет розово-красный цвет (красная) медь. Чем больше примесей, тем темнее медь. t_плав=1083 С. Примеси сильно влияют на электропроводность. Железо, кремний, фосфор снижают электропроводность на 60%. Примеси сильно влияют на физические свойства. Особенно вредит висмут, который делает медь ломкой, сера – хрупкой, мышьяк уменьшает вязкость. Медь получают переработкой сульфидных руд. Для электротехнических целей применяют электролитическую медь двух видов: тв. медь (ТМ), мягкую медь (ММ).

Медь по содержанию примеси делят на:

- безкислородную (МО)

- кислородосодержащую (М₁)

Тв. медь применяется для голых проводов связи, ЛЭП, коллекторные пластинки.

Медь МО содержит примеси не больше 0,05%, и в том числе и кислорода не более 0,02%.

В меди М₁ чистой меди 99,9%. Повышенное содержание в ней кислорода приводит к хрупкости. Мягкая медь применяется для обмоточных проводов, жил, кабелей.

Из МО изготавливают тонкую проволоку (микропроволоку и фольгу). Широкое применение находит не сама медь, а ее сплавы: латунь, бронза, нийзильбег, манганат, константан.

Латунь - сплав цинка (цинк от 20-55%). При меньшем содержании цинка латунь мягче, пластичнее, при большем – тверже и прочнее. Латунь, содержащая не более 25% цинка называется томпаком. Латунь окисляется на холоде и при нагреве меньше, чем медь. механическая прочность латуни больше, электропроводность составляется 25% от латуни в чистом виде.

Л-59(процент меди), ЛС-59-1 (процент свинца). Применяется для изготовления проволоки, листов, ленты, детали, требующей глубокой выдержки (экраны контура)

Бронза – сплав меди с оловом, кремнием, алюминием, кадмием, бирилием и др. легирующими электролитами. Бронза обладает лучшими литейными свойствами: малой усадкой, большой твердостью и механической прочностью и стойкостью к истиранию, по электрическая прочность больше, чем у меди. Применяют для проводов связи, антенных канатиков. В радиоэлектронике применяется кадмиевая, бериллиевая бронза. Бронза обозначается БрОФ7-0,2; 7% - олова, 0,2% - фосфора.

Кадмиевая бронза обладает хорошей электропроводностью, высокими механическими свойствами, особенно на износ. Нагрев до 250С не влияет на ее механические свойства. Бериллиевая бронза обладает высокой упругостью, механической прочностью, хорошей стойкостью к износу. Изготавливают: токонесущие пружины, зажимы, рубильники, выключатели.

Алюминий. Применяется как конструкционный материал. Он является одним из основных электротехнических материалов. Он менее дефицитен, обладает малым удельным весом, следовательно, чтобы получить алюминиевый провод с эл сопротивлением как у меди нужно увеличить в 3 раза диаметр. Алюминий серебристо-белого цвета, t_плав=675 С. На воздухе алюминий быстро окисляется, покрывается пленкой окисла, которая защищает его от дальнейшего окисления. Окислы алюминия безвредны. Алюминий растворяется в соляной кислоте. Выпускается в виде прутков, проволоки и фольги.

В зависимости от чистоты различают: 1) алюминий особой чистоты (А₉₉); 2) алюминий высокой чистоты (А₉₉₅); 3) алюминий технической частоты (технический алюминий).

3-й используется для трубопроводов, шин, конденсаторов, для корпусов часов, перегодки в комнатах и т.д.

2-й применяется для изготовления токоведущих и кабельных изделий

Дата добавления: 2014-01-11