Полярные низкочастотные полимеры

Полихлорвинил (поливинилхлорид) получается полимеризацией хлорвинила (С₂H₃Cl)n. Структурная формула имеет вид:

Эта формула похожа на формулу этилена, но один атом водорода заменён атомом хлора. Вследствие асимметрии формулы полихлорвинил – полярный диэлектрик. Поэтому он имеет пониженные электрические свойства:

ε= 3 – 6; tgδ=10^-1 – 10^-3; ρ_v =10¹⁴ – 10¹⁵Ом_*см; Е_пр=10 – 50 .

Теплостойкость полихлорвинила низкая (60 - 80˚С), морозостойкость удовлетворительная (-75 ÷ -60˚С).

Выпускается пластифицированный полихлорвинил – пластикат. Полихлорвинил устойчив к действию химических реагентов, набухает в дихлорэтане, при нагревании разлагается, выделяя хлористый водород. Под действием света пластикаты стареют (повышается хрупкость, уменьшается морозостойкость).

Для повышения температуры разложения в полихлорвинил вводят стабилизаторы – углекислый свинец, соли кальция, кадмия, бария, стронция, эпоксидные смолы. Пластикаты выпускаются как без красителей в виде прозрачного материала, так и окрашенными в чёрный, коричневый и розовый цвета. Красители защищают пластикаты от светового старения. Пластикаты горят в пламени, но прекращают гореть, если их из пламени удалить. Трансформаторное масло растворяет пластикаты. Непосредственное соприкосновение пластиката с полиэтиленом снижает электрические свойства полиэтилена. Пластикаты применяют для изоляции телефонных и монтажных проводов, защитных оболочек кабелей (марки ПХВ – 1, ПХВ – 2).

Винипласт получают термическим прессованием полихлорвинила.

Его цвет может быть от светлого до черного. Он применяется для изготовления радиодеталей, как конструкционный материал. Винипласт сваривается потоком горячего воздуха, хорошо механически обрабатывается, он не горит. Выпускается сополимер полихлорвинила с бутилакрилатом, метилметакрилатом (оргстеклом), изобутиленом. Он обладает большей эластичностью, обладает лучшими электрическими свойствами.

Полиметилметакрилат (оргстекло) получается полимеризацией метилметакрилата. Структурная формула имеет вид:

Это прозрачный материал, обладающий теплостойкостью до 70˚С, морозостойкостью до -180˚С. Электрические свойства следующие:

ε= 2,8 – 3,5; tgδ=0,02 – 0,03; ρ_v =10¹³ – 10¹⁴Ом_*см; Е_пр=18 – 40 .

Оргстекло выпускается пластифицированное (с пластификатором) и непластифицированное, обладает высокой светостойкостью, пропускает ультрафиолетовые лучи, обладает маслостойкостью, бензиностойкостью, влагостойкостью. Растворы кислот и щелочей не разрушают оргстекло. Оргстекло горит с выделением вредных газов. Листовое оргстекло обрабатывается горячей штамповкой при t = (80 – 125)˚С. Порошковое оргстекло хорошо прессуется при температуре (120 – 200)˚С. Из него могут получаться детали литьём под давлением P = 1200 кг/см² при температуре (130 – 270)˚С.

Оргстекло используется как конструкционный материал. Хорошо склеивается дихлорэтаном, уксусной кислотой, сваривается при t = (140 – 150)˚С и P = 510 кг/см².

При длительном кипячении оргстекло приобретает молочный цвет. Оргстекло применяется для изготовления лаков и клеев.

Политрифтормонохлорэтилен (фторопласт-3) получается

полимеризацией трифторхлорэтилена (C₂F₃Cl)n.

Структурная формула

Внешне подобен фторопласту–4, но имеет повышенную жёсткость, пониженные электрические и химические свойства. Электрические свойства:

ε= 3; tgδ=0,01 – 0,02; ρ_v =10¹⁶ – 10¹⁷ Ом_*см; Е_пр=15 – 20 .

Теплостойкость - 200˚С, морозостойкость - (-200)˚С. ФТ–3 обладает высокой дугостойкостью, не устойчив к радиации, электрическая прочность снижается при длительном воздействии напряжения.

Применяется для изготовления антикоррозийных и изоляционных покрытий на алюминии, стали, никеле. Может быть подвергнут закалке. Закалённые детали почти прозрачны.

Полиамидные смолы получаются при поликонденсации аминов и аминокислот. Структурная формула:

Индексы p и q лежат в пределах 4 – 8. Отличаются высокой механической прочностью и эластичностью, химически стойки по отношению к бензину, спирту, бензолу, щелочам. Концентрированные кислоты разрушают полиамидные смолы, муравьиная и уксусная кислота, фенолы растворяют полиамидные смолы при t = 70˚С.

Цвет этих смол меняется от светлого до тёмно-коричневого.

Выпускаются следующие полиамидные смолы: капрон (p=q=5), нейлон

(p=6, q=4), энант, полиамид 68, 548; АК–7, полиуретан ПУ–1. Капрон за рубежом называют – перлон, синон, дидерон. Теплостойкость этих

смол 110˚С, морозостойкость -30 ÷ -50˚С.

Электрические свойства:

ε= 4 – 6; tgδ=10^-1 – 10^-2; ρ_v =10¹⁰ – 10¹⁴ Ом_*см; Е_пр=20 – 30 .

Полиамидные смолы обладают повышенной гигроскопичностью, стареют при нагревании, применяются для изготовления прочных волокон, изоляционных плёнок, деталей конструкций методом горячего литья под давлением.

Полиимиды получают реакцией поликонденсации и представляют собой сложные высокомолекулярные соединения.

Структурная формула

Полиимиды относятся к числу наиболее нагревостойких органических полимеров. При t = 500˚С полиимидная плёнка вдвое прочнее, чем плёнка из полиэтилена при t = 20˚С. Они не плавятся, не размягчаются при температурах ниже 800˚С, однако из них выделяются газы CO и CO₂ при t > 400˚С. Имеют хорошие электрические свойства, применяются как подложки гибридных микросхем, как основа печатных плат.

Полиэтилентерефталат (лавсан) получают поликонденсацией этилена и терефталевой кислоты.

Структурная формула:

Относится к полиэфирным смолам (глифталевая, поликарбонатная, полиамидная, эпоксидная). Химически стоек, но при повышенных температурах хорошо окисляется на воздухе, поэтому переработку лавсана производят в среде нейтральных газов. Обладает высокой механической прочностью (как сталь), электрической прочностью (E_пр=20 – 30 кВ/мм). За рубежом называется майларом. Электрические характеристики:

ε = 3–3.5; tgδ=0.002 – 0.02; ρ_v=10¹⁴ – 10¹⁶ Ом_*см.

Теплостойкость - 250˚С, морозостойкость - -100˚С. Применяется для изготовления подложек гибридных интегральных схем, как конструкционный материал. Плёнки лавсана используются как изоляционные при изготовлении трансформаторов, конденсаторов.

Эфиры и этролы целлюлозы

Целлюлоза – растительные высокомолекулярные соединения (хлопок, дерево и.т.д.). Структурная формула ветвистая, химическая формула:

[C₂H₁₀O₅ ]n, где n = 1000–2000. Так как структурная формула содержит группу (OH), целлюлоза очень гигроскопична. При соответствующей обработке целлюлозы получаются её эфиры. При обработке спиртами получаются простые эфиры, кислотами – сложные: нитроцеллюлоза ((ОН) заменяется на (NO₂)), ацетилцеллюлоза, этилцеллюлоза, триацетатцеллюлоза.

Электрические свойства:

ε= 3 – 5; tgδ=10^-2 – 10^-3; ρ_v =10¹⁰ – 10¹⁴ Ом_*см; Е_пр 3 .

Эфиры целлюлозы используются для получения волокон (вискозные, ацетатные, штапельные), плёнок (кино, фото, целлофан), пластиков, лаков (растворяют эфиры в ацетоне).

На основе эфиров целлюлозы получают этролы целлюлозы путём смешивания эфиров с пластификаторами, наполнителями, стабилизаторами, красителями. Этролы допускают переработку методом горячего и холодного литья, прессовку. Их недостатки - низкая теплостойкость (30 - 50˚С), склонность к возгоранию.