Тверді органічні діелектрики

Полімеризаційні синтетичні полімери

Полімерні вуглеводні.

Полістирол - твердий прозорий матеріал. Є неполярним діелектриком, має високі електроізоляційні властивості. Полістирол – термопластичний діелектрик, який розм'якшується за температури 110¼120°С.

Недоліками полістиролу є крихкість при знижених температурах, схильність до утворення поверхневих тріщин, мала стійкість до дії розчинників (зокрема до бензолу, толуолу, чотирихлористому вуглецю) і невисока нагрівостійкість. Крихкість і схильність до розтріскування значною мірою усунуті в ударостійких полістиролах, що являють собою суміш полістиролу з синтетичними каучуками. Ударостійкі полістироли відрізняються підвищеними значеннями ударної в'язкості і діелектричної проникності. Інші параметри практично залишаються на тому ж рівні, що й у звичайних видів полістиролу.

У техніці полістирол застосовують головним чином як високочастотну ізоляцію. Ударостійкий полістирол застосовують для виготовлення каркасів індуктивних котушок, основ і ізоляторів для електровимірювальних приладів, корпусів радіоприймачів, телевізорів тощо.

Поліетилен - неполярний, термопластичний діелектрик білого чи світло-сірого кольору, одержуваний внаслідок реакції полімеризації газу етилену. Поліетилен практично не є гігроскопічний, гнучкий. Електроізоляційні властивості поліетилену посідають такий самий високий рівень, що й полістирол.

Завдяки високим електроізоляційним властивостям поліетилен знайшов широке застосування при виготовленні деталей радіотехнічної апаратури, електроізоляційних плівок, його використовують як ізоляцію в різних проводах і кабелях (радіочастотних, монтажних, наземних і підводних телефонних і ін.).

Поліетилен застосовують при порівняно невисоких напругах.

Поліпропілен - це лінійний неполярний полімер, одержуваний з газу пропілену СН₂ = СН×СН₃.

Електроізоляційні властивості поліпропілену є аналогічні властивостям поліетилену. Однак поліпропілен є більш холодостійкий і гнучкий, ніж поліетилен. З поліпропілену можуть бути виготовлені плівки, волокна, тканини і фасонні вироби методом лиття під тиском. Поліпропілен можна застосовувати як комбінований паперово-плівковий діелектрик у силових конденсаторах, як плівковий діелектрик в обмотувальних проводах тощо.

Полівінілхлорид-лінійний термопластичний полімер, отриманий у результаті полімеризації газоподібного мономера - вінілхлориду H₂C=H-С1.

Полівінілхлорид  полярний діелектрик, що зумовлено асиметрією побудови його молекул через наявність атомів хлору. Внаслідок полярної побудови полівінілхлорид має знижені електричні властивості порівняно з неполярними полімерами, але відрізняється більшою стабільністю параметрів при зміні частоти, його питомий опір майже не змінюється при підвищенні температури аж до 90°С. Поряд з полівінілхлориддом (вініпластом) в електроізоляційній техніці широко застосовують пластифікований полівінілхлорид (пластикат). Пластикат має велику еластичність, більш високу холодостійкість (до -50°С), чим непластифікований полівінілхлорид. Його недоліком є значна залежність питомого об'ємного опору від температури.

Полівінілхлоридний пластикат застосовують для виготовлення плівок, ізоляційних стрічок, трубок, монтажних і телефонних проводів тощо. При впливі електричної дуги полівінілхлорид виділяє велику кількість газоподібних продуктів, що сприяє гасінню дуги. Ця властивість використовується в так званих стріляючих розрядниках.

Поліметилметакрилат (органічне скло, плексиглас) - це прозорий безбарвний матеріал, одержуваний внаслідок полімеризації ефірів метакрилової кислоти. Це полярний термопластичний діелектрик з малою гігроскопічністю і значною хімічною стійкістю.

Органічне скло легко піддається механічній обробці і зварюється в спеціальних пристроях за температури 140¼150 °С із застосуванням тиску на поверхні приблизно 0,5¼1 МПа, склеюється полярними розчинниками. Застосовують органічне скло для виготовлення корпусів приладів, шкал, лінз тощо. Властивість виділяти при впливі електричної дуги велику кількість газів (С, Н2, пари H2O, CO2) додає органічному склу якості дугогасного матеріалу, тому його застосовують у розрядниках високої напруги, де потрібне швидке гасіння виниклої дуги.

Фторорганічні полімери.

Розглянемо політетрафторетилен, який одержують шляхом полімеризації тетрафторетилену F₂C = CF₂ і який має побудову молекули

Через симетричне розташування атомів у молекулах політетрафторетилен є неполярний. Цей матеріал відомий за назвою фторопласт-4. Цифра 4 вказує на число атомів фтору в молекулі мономера. Фторопласт-4 має надто високу для органічної речовини нагрівостійкість (порядку +250 °С), що зумовлено великою енергією зв'язку між вуглецем та фтором і екрану ючим впливом атомів фтору на зв’язок між атомами вуглецю.

Фторопласт-4 - білий чи сіруватий матеріал з більш високою щільністю, ніж щільність звичайних органічних полімерів. За електроізоляційними властивостями фторопласт-4 є кращим з відомих діелектриків. За хімічною стійкістю він перевищує благородні метали, що дозволило широко використовувати його при виготовленні ізоляції, яка працює в агресивних середовищах. Він зовсім негорючий, практично негігроскопічний, не змочується водою й іншими рідинами.

До недоліків політетрафторетилену можна віднести його малу твердість і холодоплинність. Крім того, він має малу радіаційну стійкість і стійкість в зоні електричної дуги. Фторопласт-4 можна використовувати як пластичну масу, з нього виготовляють різні фасонні вироби: листи, гнучкі плівки, ізоляцію для монтажних проводів і кабельних виробів, у конденсаторному виробництві тощо.

Широкому вживанню фторопласта-4 перешкоджає його висока вартість і складність технології. Ця обставина змусила розробити ряд різновидів фторопласта-4.

Політрифторхлоретилен є полімером трифторхлоретилена F₂С = CFCl, відомого за назвою фторопласт-3. Заміна в елементарній ланці одного атома фтору атомом хлору викликає з’яву дипольного моменту, через що фторопласт-3 стає полярним і має значні діелектричні втрати порівняно з фторопластом-4. Нагрівостійкість його є нижча, ніж у фторопласта-4 і становить 125 °С, нижня межа робочої температури становить -195°С.

Технологія одержання фторопласта-3 простіше, він дешевше, ніж фторопласт-4, застосовується при виробництві низькочастотних кабелів.