Полистирол

Полистирол, являющийся одним из таких синтетических диэлектриков, получают в результате полимеризации исходного вещества – стирола, который представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, кипящую при температуре 145° С. Если в нее ввести перекись бензала (0,1 – 0,5 % мас.), то при нагревании свести до 110° С начинается протекать реакция полимеризации. При этом двойная химическая связь в молекулах стирола H₂C = CH - C₆H₅ разрывается и переходит на такую же соседнюю молекулу. В результате молекулы стирола соединения друг с другом, образуя большую молекулу высокополимерного вещества – полистирола.

В начальной стадии полистирол представляет собой густую прозрачную жидкость, которую разливают в подогретые стеклянные формы, где процесс полимеризации заканчивается. В формах образуется твердый прозрачный материал в виде пластин и стержней. Полистирол можно получить также в гранулах (которые представляют собой частицы цилиндрической формы диаметром 3-5 мм и длиной 8-10 мм) или в виде порошка (эмульсионный полистирол).

Основные характеристики полистирола

Плотность 1050 кг/м³; σ_p = 39-41 МПа; a = 18-22 кДж/м²; теплоемкость (по Мартенсу) 75-80° С; водопоглощение 0,02% масс.; холодостойкость - 60° С; p_u = 10¹³-10¹⁴ Ом·м; tgδ = (2-4)·10^-4; E_пр = 25-30 МВ/м; ε_r = 2,4.

Полистирол – термопластичный диэлектрик, размягчающийся при 110-120° С; растворяется в неполярных растворителях: бензоле, толуоле, ксилоле, четыреххлористом углероде и некоторых других неполярных жидкостях. Из полистирола изготовляют каркасы катушек, изоляционные панели для электроизмерительных приборов.

Основными недостатками полистирола и изделий из него являются хрупкость, то есть сравнительно невысокая ударная вязкость и склонность к растрескиванию. Эти недостатки в значительной степени устранены в ударопрочных полистиролах (смесь полистирола с синтетическими каучуками или сополимерами стирола с некоторыми синтетическими каучуками). Ударопрочные полистиролы отличаются повышенной ударной вязкостью (a = 40-50 кДж/м²) и несколько увеличенной диэлектрической проницаемостью (ε_r = 3,0-3,3). Остальные характеристики ударопрочного полистирола практически такие же, как у обычных видов полистирола. Ударопрочный полистирол обладает несколько повышенным водопоглощением (0,25 %).

Полиэтилен

Полиэтилен – твердый непрозрачный материал белого или светло-серого цвета, несколько жирный на ощупь, получаемый полимеризацией под давлением газа этилена H₂C = CH₂. Различают полиэтилен высокого (ВД), среднего (СД) и низкого (НД) давления.

Полиэтилены НД и СД отличаются от полиэтилена ВД несколько большей плотностью, повышенной механической прочностью и большей жесткостью, но они менее устойчивы к тепловому старению.

Полиэтилены – термопластичные материалы, поступающие на заводы в виде гранул, из которых получают литьем под давлением, горячим прессованием и экструзией. Экструзию применяют при нанесении полиэтиленовой изоляции на провода, а также при изготовлении изоляционных шлангов и трубок.

При комнатной температуре полиэтилены не растворяются ни в одном из растворителей.

Основные характеристики полиэтилена

ВД – плотность 920 кг/м³; σ_p = 10-18 МПа; при ударе не ломается; теплостойкость (по Мартенсу) 55-60° С;

СД – плотность 940 кг/м³; σ_p = 18-40 МПа; при ударе не ломается; теплостойкость (по Мартенсу) 85° С;

НД – плотность 960 кг/м³; σ_p = 23-31 МПа; при ударе не ломается; теплостойкость 70° С;
холодостойкость всех полиэтиленов – (70-150)° С; водопоглощение за 30 суток нахождения в воде не превышает 0,004 %.

Электрические характеристики полиэтиленов практически такие же, как лучших сортов полистирола. Следует отметить, что все полиэтиленовые изделия нестойкие к солнечному свету. Для повышения светостойкости в полиэтилены вводят сажу и другие красители. Изделия из полиэтилена могут соединяться сваркой. Основными недостатками полиэтилена являются невысокая нагревостойкость и склонность к растрескиванию при повышенных механических нагрузках.

Для устранения этих недостатков полиэтилен подвергают вулканизации при введении в него органических перекисей и последующей термической обработке. Еще один способ улучшения термомеханических свойств полиэтилена состоит в воздействии на него ионизирующего облучения, например потока электронов от ускорителя.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид представляет собой порошок белого цвета, из которого изготовляют горячим прессованием или горячим выдавливанием механически прочные изделия (платы, трубы), стойкие к минеральным маслам, многим растворителям, щелочам и кислотам.

Порошкообразный поливинилхлорид олучают в результате реакции полимеризации газообразного вещества – винилхлорида H₂C = CH-Cl в присутствии перекиси водорода. Реакция проводится со сжиренным винилхлоридом в водном растворе щелочных веществ.

Как полистирол и полиэтилен, поливинилхлорид является термопластичным материалов. Горячим прессованием порошкообразного поливинилхлорида получают твердый, жесткий материал – винипласт в виде листов, пластин, труб и стержней, которые отличается химической стойкостью к минеральным маслам, разбавленным щелочам и кислотам. Винипластовые изделия обладают высокой механической прочностью, особенно к ударным нагрузкам, и имеют хорошие электроизоляционные свойства.

Основные характеристики винипласта

плотность 1350 кг/м³; σ_p = 60-80 МПа; a = 100-150 кДж/м²; теплостойкость (по Мартенсу) 60-80° С; водопоглощение 0,2-0,4 % мас.; холодостойкость - (10-15)° С; p_u = 10¹¹-10¹² Ом·м; tgδ = 0,01-0,02; E_пр = 30-42 МВ/м; ε_r = 3,2.

Винипласт легко формируется в металлических формах при 150-160° С. Изделия из него поддаются всем видам механической обработки, а также легко свариваются и склеиваются. Их можно окрашивать в разные цвета. Из поливинилхлорида изготовляют баки для аккумуляторов и различные электроизоляционные детали, стойкие к ударным нагрузкам.

Поливинилхлоридный пластикат

Поливинилхлоридный пластикат – гибкий рулонный материал, получаемый из порошка поливинилхлорида, смешанного с пластификаторами - густыми маслообразными жидкостями в количестве от 30 до 45 %. Кроме пластификаторов в поливинилхлоридный пластикат вводят красители, наполнители и термостабилизаторы. Все эти вещества перемешивают с порошкообразной полихлорвиниловой смолой и полученную смесь пропускают несколько раз между нагретыми стальными вальцами. В результате такой переработки получают гибкий, эластичный материал – поливинилхлоридный пластикат в виде лент, а также в виде крошки (гранулы).

Основные характеристики поливинилхлоридного пластиката

плотность 1200-1300 кг/м³; σ_p = 18-20 МПа; теплостойкость (по Мартенсу) 60-80° С; водопоглощение 0,2-0,3 % мас.; температура разложения 200-250° С; p_u = 10⁹-10¹² Ом·м; tgδ = 0,03-0,08; E_пр = 20-30 МВ/м; ε_r = 4-5.

Поливинилхлоридный пластикат широко применяется в качестве основной изоляции монтажных проводов, а также для изготовления защитных оболочек – шлангов, кабелей. Обычно он бывает окрашен в черный, синий, желтый, красный и другие цвета. Красители вводят для защиты материала от светового старения, а также для распознавания проводов при монтаже. Поливинилхлоридный пластикат без красителей – прозрачный материал с желтоватым оттенком. Из поливинилхлоридного пластиката изготовляют трубки и липкую изоляционную ленту. Характерной особенностью поливинилхлоридных материалов является то, что, будучи вынесены из пламени, они перестают гореть.

Полиформальдегид

Полиформальдегид – твердый термопластичный диэлектрик, образующий в результате полимеризации газообразного формальдегида. Материал представляет собой порошок белого цвета, из которого изделия получабт литьем под давлением или экструзией.

Характерной особенностью полиформальдегида является большое содержание кристаллической фаза (75 %), что обеспечивает повышенные механические характеристики материала и ярко выраженную температуру плавления (180° С). Такие свойства, как повышенная твердость, большая стойкость к истиранию и малый коэффициент трения, позволяют изготовлять из полиформальдегида бесшумные шестеренные и червячные передачи и подшипники.