Основные физико-химические свойства масла.

Из основных характеристик масла отметим, что оно горючее, биоразлагаемое, практически не токсичное, не нарушающее озоновый слой. Плотность масла обычно находится в диапазоне (0,84-0,89)×10³ кг/м³. Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. Низкая температура застывания масел (-45°С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Вязкость является одним из важнейших свойств масла. С позиций высокой электрической прочности желательно иметь масло более высокой вязкости. Для того, чтобы хорошо выполнять свои дополнительные функции в трансформаторах (как охлаждающая среда) и выключателях (как среда, где движутся элементы привода), масло должно обладать невысокой вязкостью, в противном случае трансформаторы не будут надлежащим образом охлаждаться, а выключатели- разрывать электрическую дугу в установленное для них время.

Температурой застывания называется температура, при которой масло загустевает настолько, что при наклонении пробирки с охлажденным маслом под углом 45° его уровень останется неизменным в течение 1 мин. В масляных выключателях температура застывания имеет решающее значение. Свежее масло не должно застывать при температуре -45°С; в южных районах страны разрешается применять масло с температурой застывания -35°С. Для эксплуатационных масел допускается ряд отступлений от нормированной температуры застывания в зависимости от того, находится ли масло в трансформаторе или выключателе, работает в закрытом помещении или же на открытом воздухе. Для специальных арктических сортов масла температура застывания уменьшается до -(60-65)°С, однако при этом понижается и температура вспышки до 90-100°С.

Температурой вспышки называется температура нагреваемого в тигле масла, при котором его пары образуют с воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней пламени. Вспышка происходит настолько быстро, что масло не успевает прогреться и загореться.

Температура вспышки трансформаторного масла не должна быть ниже 135°С. Если нагреть масло выше температуры вспышки, то наступает такой момент, когда при поднесении пламени к маслу оно загорается.

Масло способно поглощать и растворять весьма значительные количества воздуха и других газов. При этом кислород, не только растворяется, но и химически соединяется с маслом, образуя продукты окисления. Выделение газов из масла очень часто является признаком зарождающегося дефекта в обмотке трансформатора. В настоящее время разработан и используется способ определения дефектов в трансформаторе по наличию растворенных в масле газов, хроматографический анализ.

Очисткой масла называется такая операция, с помощью которой загрязненное или окисленное масло приводится в пригодное для эксплуатации состояние. После хорошей очистки масло должно полностью восстановить свои начальные свойства, т.е. должно быть совершенно прозрачно, не должно содержать кислот, осадков, воды, угля и других загрязнений.

Из родственных трансформаторному маслу по свойствам и применению жидких диэлектриков стоит отметить конденсаторные и кабельные масла. Кабельные масла предназначены для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей. Основой их также является нефтяные масла. От трансформаторного масла отличаются повышенной вязкостью, увеличенной температурой вспышки и уменьшенными диэлектрическими потерями. Из марок масел отметим МН-4 (маловязкое, для заполнения кабелей низкого давления), С-220 (высоковязкое для заполнения кабелей высокого давления), КМ-25 (наиболее вязкое).

Второй тип жидких диэлектриков -трудногорючие и негорючие жидкости. Жидких диэлектриков с такими свойствами достаточно много. Наибольшее распространение в энергетике и электротехнике получили хлордифенилы. Это вещества, имеющие в своем составе двойное бензольное кольцо, т.н. ди(би)фенильное кольцо и присоединенные к нему один или несколько атомов хлора. В России применяются диэлектрики этой группы в виде смесей, в основном смеси пентахлордифенила с трихлордифенилом. Коммерческие названия некоторых из них - «совол», «совтол», «калория-2».

Хлордифенилы являются хорошими диэлектриками. У них повышена диэлектрическая проницаемость e= 5-6 по сравнению с трансформаторным маслом из-за полярности связи электроотрицательного хлора с дифенильным кольцом. Тангенс угла диэлектрических потерь tgdненамного выше, чем у масла, электрическая прочность также высока. Применение этих диэлектриков было обусловлено как этими свойствами, так и, главным образом, их негорючестью. Поэтому в пожароопасных условиях (шахты, химические производства и т.п.) использовали трансформаторы и другие электрические аппараты, заполненные хлордифенильными диэлектриками.

Однако у всего класса этих веществ имеются два очень существенных недостатка - высокая токсичность и сильное влияние на озоновый слой. Хотя токсичность является очевидным недостатком, но наибольшее негативное влияние на применение хлордифенилов оказал второй его недостаток.

Очень интересен класс фторорганических жидкостей. В зарубежной литературе они называются перфторуглероды. По сути, это эквивалент обычным органическим жидкостям, только вместо атома водорода везде находится атом фтора. Например есть аналоги органическим соединениям, таким как пентан С₅H₁₂ – перфторпентан С₅F₁₂, гексан С₆H₁₄- перфторгексан С₆F₁₄, триэтил (пропил, бутил)амин - перфтортриэтил (пропил, бутил) амин и т.п. Существует даже перфтортрансформаторное масло. (В отличие от настоящего трансформаторного масла перфтортрансформаторное масло при нормальных условиях является твердым веществом и используется в качестве морозостойкой смазки). Наличие фтора на месте водорода означает, что вещество полностью окислилось. Поэтому фторуглеродные жидкости инертны по отношению к любым воздействиям, в.т.ч. стабильны под действием электрического поля и температуры. Замена атома H на атом F приводит к новым свойствам и новым возможностям: негорючесть, высокая термическая и химическая стабильность, инертность по отношению к металлам, твердым диэлектрикам и резинам, нетоксичность, отсутствие цвета и запаха, возможность подбора жидкостей с различными точками кипения и замерзания, низкая растворимость воды и высокая растворимость газов, отсутствие растворимости любых нефторированных материалов и т.д.

Полимеры. Смолы.

Комментарии к рис. 4.23.

Полимеры – это высокомолекулярные органические соединения, с очень большой молекулярной массой. Различаются на искусственные полимеры, полученные посредством химической обработки высокомолекулярных природных веществ, и синтетические полимеры, полученные полимеризацией и поликонденсацией из мономеров. Основа структуры полимеров – макромолекулы, которые построены из многократно повторяющихся звеньев – мономеров. Мономер – это вещество, каждая молекула которого способна образовывать одно или несколько элементарных звеньев.

Полимеризация – это реакция образования полимера из мономера без выделения побочных низкомолекулярных соединений.

Поликонденсация – это реакция образования полимеров с выделением низкомолекулярных соединений (вода, спирт).

Степень поляризации – это число элементарных звеньев в молекуле полимера.

По структуре полимеры могут быть линейными, у которых элементарные звенья соединены в последовательную цепочку, или пространственными (объёмными), макромолекулы которых соединяются в общую сетку и развиты во всех направлениях.

Полимеры могут быть термопластичными (термопласты) и термореактивными (реактопласты). Термопласты получают на основе линейных полимеров, при нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают без каких-либо химических изменений. Реактопласты при нагревании образуют пространственную сетку, а при охлаждении переходят в неплавкое, нерастворимое состояние.

В зависимость от температуры кристаллические полимеры могут находиться в трёх состояниях: в стеклообразном, в высокоэластичном и в вязкотекучем. Температура, при которой полимер при нагревании переходит в высокоэластичное состояние, называется температурой стеклования (t_c). Температура, при которой полимер при нагревании переходит из эластичного состояния в текучее, называется температурой текучести (t_Т). Полимеры, находящиеся в высокоэластичном состояние в большом интервале температур, называются эластомерами или каучуками.

Разрушение полимеров при определённых условиях (температуре, давление, облучении) называется деполимеризацией.

При одновременной полимеризации нескольких мономеров различной структуры процесс называется сополимеризацией.

Неполярные термопласты имеют высокие значения удельного объемного сопротивления , электрической прочности , низкие диэлектрические потери. Значения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь мало зависят от температуры и частоты в широком интервале температур, что позволяет использовать их в области ВЧ и СВЧ.

Полярные термопласты имеют повышенные значения диэлектрической проницаемости и высокие диэлектрические потери, которые существенно зависят от температуры и частоты напряжения. Значения электрической прочности и удельного объемного сопротивления и них ниже, чем у неполярных материалов.

Смолы – применяемое в практике, хотя и не вполне строгое научное название обширной группы материалов, характеризующихся сходством химической природы (это сложные смеси органических веществ, главным образом высокомолекулярных) и некоторыми общими для них физическими свойствами. При достаточно низких температурах смолы – это аморфные стеклообразные массы, хрупкие. При нагревании (если только не ранее не претерпевают химических изменений) размягчаются, становясь пластичными, а потом жидкими.

Применяемые в электроизоляционной технике смолы нерастворимы в воде, мало гигроскопичны, растворяются в близких по химической природе органических растворителях. Обладают клейкостью и при переходе из жидкого состояния в твердое прочно прилипают к соприкасающимся с ними твердым телам.

Применяются при изготовление лаков, компаундов, пластических масс, пленок, искусственных и синтетических волокнистых материалов.

По своему происхождению смолы делятся на природные, искусственные и синтетические.

Природные смолы –продукт жизнедеятельности растений-смолоносов (канифоль) или животных организмов (шеллак). Их получают в готовом виде и лишь подвергают очистке и переплавке. Сюда же относятся ископаемые смолы (копалы), представляющие собой остатки разложившихся деревьев-смолоносов.

Янтарь – ископаемая смола, представляет собой твердый тугоплавкий продукт с температурой плавления больше 300°С, почти не растворяется ни в каких растворителях, в расплавленном виде растворяется в скипидаре, бензине, слабополярный диэлектрик.

Применяется в качестве изоляции там, где необходимо высокое сопротивление постоянному току независимо от влажности воздуха.

Канифоль – слабополярный диэлектрик, получаемый из смолы хвойных деревьев. Канифоль в основном состоит из органических кислот. При комнатной температуре это вещество хрупкое, растворяется в бензине, спирте, в растительных и нефтяных маслах, бензоле, температура размягчения – 50-70 ⁰С. На воздухе окисляется, причем температура размягчения при этом повышается, а растворимость снижается. Применяется канифоль для изготовления лаков, пропиточных и заливочных компаундов.

Шеллак – продукт жизнедеятельности тропических насекомых. Температура плавления 80°С, почти нерастворим в бензине, бензоле, хорошо растворятся в спирте, при длительном нагревании переходит в неплавкое, нерастворимое состояние.

Применяется в качестве спиртового растворителя, для изготовления лаков и слюдяной изоляции.

Копалы – тугоплавкие смолы, обладают большой твёрдостью, характерным блеском, трудно растворимы. Получают частично как ископаемые продукты разложения растений – смолоносов, а частично из смолы ныне растущих деревьев - смолоносов. Применяется как добавки к лакам для повышения твёрдости плёнки.

Синтетические смолы – получают реакциями полимеризации или поликонденсации низкомолекулярных веществ. Многие из этих материалов имеют хорошими техническими свойствами, к тому же некоторые их них могут быть получены из относительно легко доступного материала. Недостатком конденсационных смол является то, что при их изготовлении происходит выделение побочных низкомолекулярных продуктов, остатки которых могут ухудшить электроизоляционные свойства. Кроме того, молекулы этих смол содержат полярные группы, что приводит к повышению диэлектрических потерь и гигроскопичности.

Искусственные смолы получают путем химической обработки природных высокомолекулярных веществ. По сравнению с природными материалами они имеют повышенные электрические свойства, меньшую гигроскопичность.

Сама целлюлоза – природный полимер с химической формулой (С₆Н₇О₂·3ОН)_n, где n = 2500–3100.твердое неплавкое вещество, растворимое в ограниченном числе растворителей. Гидроксильные группы целлюлозы, вступая в реакцию образуют простые и сложные эфиры.

Свойства сложных и простых эфиров целлюлозы, во многом определяющие области их применения, зависят от большого числа факторов, из которых к числу основных относят сравнительную реакционную способность гидроксильных групп и связанное с ней распределение заместителей между OH-группами элементарного звена, влияние структуры целлюлозы на степень замещения эфиров, характер распределения заместителей вдоль цепи, растворимость эфиров и другие их свойства.

Именно путем переработки растворов ксантогената целлюлозы формуют вискозные волокна и пленку (целлофан), переработкой растворов ацетатов целлюлозы - ацетатные и триацетатные волокна и пленку для изоляции секций обмоток электрических машин и аппаратов. Переработка композиций на основе эфиров целлюлозы (ацетатов, ацетобутиратов и нитратов целлюлозы, этилцеллюлозы), содержащих небольшое количество высококипящих растворителей (пластификаторов), используется в технологии получения эфироцеллюлозных пластмасс.

Синтетические смолы

Комментарии к рис. 4.24.

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.

Полиэтилен - бесцветный прозрачный продукт полимеризации газообразного этилена в присутствие катализаторов; имеет общую химическую формулу .

Линейный неполярный полимер, в зависимости от условий полимеризации различают полиэтилен низкого давления (ПЭНД), полиэтилен высокого давления (ПЭВД) и полиэтилен среднего давления (ПЭСД).

Обладает высокой прочностью, высокой водостойкостью, стойкостью к воздействиям агрессивных сред. Полиэтилен нетоксичен, имеет хорошие диэлектрические свойства. Наличие примесей повышает диэлектрические потери (tg d). Применяется как электроизоляционный материал, а также в качестве антикоррозийного покрытия. Для повышения нагревостойкости готовые изделия из полиэтилена подвергают ионизирующему облучению. При облучении происходит частичная сшивка молекулярных цепей полиэтилена благодаря наличию в них небольшого количества двойных связей и образованию пространственной структуры. Полученный таким образом полиэтилен при нагревании способен восстанавливать свою форму, которая у него существовала до облучения. Сшивка полиэтилена возможна и чисто химическим способом – путем введения в материал, из которого изготавливают изделие, небольшого количества органических перекисей.

Полиэтилен широко используют в производстве проводов и кабелей в том числе высокочастотных и силовых.

Полистирол .– линейный неполярный полимер, твердый аморфный материал, получаемый полимеризацией мономерного стирола. В зависимости от способа полимеризации полистирол выпускают блочный, суспензионный и эмульсионный. Кроме того, используя катализаторы, получают изотактический полистирол кристаллического строения, обладающий более высокой (230-240ºС) температурой плавления (теплостойкость блочного полистирола – 75-80ºС. Стоек к воздействию влаги, растворяется в хлорированных углеводородах, а также в простых и сложных эфирах. Недостатки: низкие механические свойства и низкая нагревостойкость. Для снижения хрупкости в полистирол вводят каучук, при этом получают ударопрочный полистирол.

Перспективным материалом на основе стирола является его сополимер с акрилонитрилом и бутадиеном, получивший название пластик АБС. Отличается более высокой нагревостойкостью и удельной ударной вязкостью, хорошей способностью металлизироваться, имеет высокую химостойкость, термостабильностью, имеет хорошие электрические свойства.

Применяется полистирол в технике высоких и сверхвысоких частот как диэлектрик с очень низкими потерями, для изготовления каркасов катушек индуктивности, изоляции высокочастотных кабелей. Используется для изготовления лаков, компаундов, а также для производства стирофлекса.

Поливинилхлорид  (винипласт) - линейный полярный полимер, полупрозрачный с желтоватым оттенком твердый продукт, получаемый полимеризацией хлористого винила. Не воспламеняется, не горит, не растворяется в воде, бензине, спирте. При нагревании растворяется в хлористых углеводородах. Разлагается при температуре >170°C. Стоек к воздействию кислот, щелочей, смазочных масел. Для повышения холодостойкости в него добавляют пластификаторы. Электроизоляционные свойства винипласта: r_v= 10¹³ Ом·м; r_s = 10¹⁴ Ом; e = 3,2-4,0; Е_пр = 15-35 МВ/м. Теплостойкость по Мартенсу не ниже 65°С.

Применяется для изготовления изоляции, защитных оболочек кабелей, электрических машин и трансформаторов, а также как дугогасящий материал.

При комнатной температуре поливинилхлорид находится в стеклообразном состоянии и известен как винипласт. Из винипласта изготавливаются трубы, стержни и различные фасонные изделия. Винипласт имеет предел прочности при растяжении не менее 50 МПа, относительное удли-

нение при разрыве от 10 до 50%, удельную ударную вязкость не менее 120 кДж/м²; он обладает ничтожной гигроскопичностью и высокой стойкостью ко многим растворителям и химически активным веществам. Для улучшения свойств поливинилхлорид в отдельных случаях подвергают дополнительному хлорированию. Полученный материал называют перхлорвинилом; растворяется в растворителях, отличается повышенно адгезией к различным материалам, имеет более низкую холодостойкость, применяется для изготовления лаков, эмалей, клеев.

Политетрафторэтилен (фторопласт 4) .получают полимеризацией тетрафторэтилена, обладает высокой температурой плавления, высокими химическими свойствами, негорюч, не растворяется ни в одном растворителе, не смачивается водой, имеет высокую тропикостойкость.Имеет высокие электрические свойства, которые практически не изменяются от 60 до 200 °С

Недостатки: ползучесть, возникает при небольших механических нагрузках, а также низкая устойчивость к воздействию электрической короны, низкая устойчивость к воздействию радиации. При температуре больше 250°С выделяются высоко-токсичные газы.

Применяется при изготовлении кабелей, трансформаторов, конденсаторов, работающих в агрессивных средах.

Полиизобутиленявляется продуктом полимеризации изобутилена молекулы которого, обладая двойной связью и асимметрией, легко полимеризуются. Длина цепей (молекулярная масса) полимера зависит в основном от условий полимеризации, чистоты и концентрации мономера и природы катализатора.

Полизобутилен с молекулярной массой ниже 50 000 представляет собой жидкость, вязкость которой увеличивается с повышением степени полимеризации. Полиизобутилен устойчив к кислороду в рассеянном свете и при нормальной температуре, но нестабилен в присутствии кислорода на солнечном свете и при ультрафиолетовом облучении. При повышенной температуре легко окисляется азотной кислотой и Другими окислителями. При температуре 110—130°С кислород воздуха окисляет полимер, что сопровождается деструкцией молекул. Нагревание до 100°С придает полиизобутилену пластичность, он легко формуется при 180—-200°С, а при 350—400°С разлагается с образованием маслянистых и газообразных продуктов.

Ценным свойством полиизобутилена является его способность воспринимать различные наполнители в большом количестве — до 90%. Введение активных наполнителей (сажи, графита, талька) увеличивает прочность и жесткость композиций, уменьшает текучесть, но при этом снижает стойкость полимера к свету и атмосферному кислороду.

Полярные термопласты имеют повышенные значения диэлектрической проницаемости и высокие диэлектрические потери, которые существенно зависят от температуры и частоты напряжения. Значения электрической прочности и удельного объемного сопротивления и них ниже, чем у неполярных материалов.

Эти полимеры являются низкочастотными диэлектриками и применяются в электроустановках, работающих при постоянном напряжении или в области низких частот. Для них характерны следующие электрические характеристики: r =10¹¹-10¹⁴ Ом*м; e = 3 - 3.6; tgd = 10^-2 ; Е_пр до 40 кВ/мм при толщине до 1 мм; у пленок толщиной 0.02 - 0.1 мм Е_пр имеет значения до 180 кВ/мм и выше. У слабополярных термопластов удельное сопротивление выше, а диэлектрические потери ниже.

Полиамиды - продукты поликонденсации, образованные повторяющимися группами – СН₂ – и пептидными группами – СО – NН – . Имеют высокую механическую прочность и эластичность. Растворяются только в концентрированных серной, соляной азотной и муравьиной кислотах, фенолах, амидах. Устойчивы к действию масел спиртов. Электрические свойства сильно зависят от температуры, частоты напряжения и содержания влаги. Широко применяются для изготовления синтетических волокон, гибких пленок и пластмасс.

Наиболее распространенными отечественными видами полиамидов являются капрон и нейлон.

Для улучшения физико-механических свойств вводят стеклянные волокна, тальк, графит.

Полиимиды - слабополярный диэлектрик с хорошими электрическими характеристиками. По химическому строению делятся на алифатические и ароматические, линейные и трехмерные. Материал негорюч, может иметь окраску от светло-золотистой до темно-красной. Нагревостойкость – 200 – 250°С. Стоек к действию озона и облучению электронами высокой энергии. Нестоек к действию щелочей и некоторых органических веществ.

Применяется в производстве некоторых видов пластмасс, лаков. Эмалированных проводов. Полиимидные пленки используются в качестве пазовой и обмоточной изоляции электрических машин, в производстве кабелей, обмоточных проводов.

Полиуретаны –высокомолекулярные соединения, линейные полимеры. В зависимости от природы исходных компонентов и строения образующихся макромолекул полиуретаны могут быть термопластичными и термореактивными, пластичными и хрупкими, мягкими и эластичными.

Применяются для изготовления эластичных, устойчивых к старению волокон и пленок, лаков, клеев и компаундов, обладающих высокой тепло-, водо- и атмосферостойкостью. Эмалированные полиуретановыми лаками провода более технологичны.

Полиуретановые эластомеры обладают высокой маслостойкостью, стойкостью к истиранию и высокой пластичностью и большой прочностью.

Изделия из полиуретанов могут работать при высокой влажности в большом интервале (от -40 до +120°С) температур без существенных изменений механических свойств.

Поливинилхлорид (ПВХ)  (винипласт) - линейный полярный полимер, полупрозрачный с желтоватым оттенком твердый продукт, получаемый полимеризацией хлористого винила. Не воспламеняется, не горит, не растворяется в воде, бензине, спирте. При нагревании растворяется в хлористых углеводородах. Разлагается при температуре >170°C. Стоек к воздействию кислот, щелочей, смазочных масел. Для повышения холодостойкости в него добавляют пластификаторы. Электроизоляционные свойства винипласта: r_v= 10¹³ Ом·м; r_s = 10¹⁴ Ом; e = 3,2-4,0; Е_пр = 15-35 МВ/м. Теплостойкость по Мартенсу не ниже 65° С.

Применяется для изготовления изоляции, защитных оболочек кабелей, электрических машин и трансформаторов, а также как дугогасящий материал.

При комнатной температуре поливинилхлорид находится в стеклообразном состоянии и известен как винипласт. Из винипласта изготавливаются трубы, стержни и различные фасонные изделия. Винипласт имеет предел прочности при растяжении не менее 50 МПа, относительное удлинение при разрыве от 10 до 50%, удельную ударную вязкость не менее 120 кДж/м²; он обладает ничтожной гигроскопичностью и высокой стойкостью ко многим растворителям и химически активным веществам.

Для улучшения свойств поливинилхлорид в отдельных случаях подвергают дополнительному хлорированию. Полученный материал называют перхлорвинилом; растворяется в растворителях, отличается повышенно адгезией к различным материалам, имеет более низкую холодостойкость, применяется для изготовления лаков, эмалей, клеев.

Политрифторхлорэтилен(фторопласт 3) (ПТФХЭ) .– кристаллический полимер, слабополярный полимер, температура плавления 215°С. Получают полимеризацией трифторхлорэтилена. При температуре >250° из него выделяется хлор. Имеет высокую химическую стойкость. Нехладотекуч, негорюч, в сравнении с политетрафторэтиленом имеет более низкую нагревостойкость, худшие электрические свойства, но более высокую эластичность, удельную ударную вязкость и высокую радиационную стойкость.

Применяется для изоляции проводов, кабелей и также для изготовления сложных по форме радиотехнических и электродеталей.

Термореактивные полимеры

Комментарии к рис. 4.25.

Фенолформальдегидные смолы –продукт поликонденсации фенола H₅C₆-OH с формальдегидом H₂CO в закрытом котле водного раствора в присутствии катализатора. Фенолформальдегидные смолы могут быть изготовлены как термореактивными, так и термопластичными.

При избытке фенола в присутствии кислотного катализатора (соляной кислоты) получают термопластичные смолы или новолак. Применяется для изготовления пресс-порошков пластических масс.

При избытке формальдегида получают термореактивную смолу бакелит. При получении бакелита он проходит сначала стадию А (резол). При нагревании до 85°C бакелит переходит в промежуточную стадию В и называется резитол. При дальнейшем нагревании до 140-160 °C, бакелит полимеризуется и переходит в стадию С (резит). Бакелит имеет высокие электроизоляционные и механические свойства, но склонен к трекингу, то есть образованию на поверхности электропроводящих каналов под воздействием электрических разрядов. Применяется для пропитки дерева, для изготовления пластмасс, композиционных материалов, слоистых пластиков - гетинакса, текстолита. Удельное сопротивление бакелита r_v=10¹¹-10¹² Ом·м, r_s=10¹³ Ом. Плотность бакелита равна 1,25 Мг/м³.

При замене фенола анилином или крезолом получают анилиноформальдегидные смолы и крезолоформальдегидные смолы, которые имеют более высокие влажностные и тепловые свойства по сравнению с бакелитами. Они используются в качестве связующего для производства композиционных материалов, а также для производства лаков.Эпоксидные смолы -термопластичны, растворяются в ацетоне, отвердевают под воздействием теплоты с минимальной усадкой, при этом становятся термореактивными.

При синтезе этих смол в зависимости от химического состава соединений, получают диановые и циклоалифитические смолы, которые отличаются повышенной короностойкостью и трекингоустойчивостью. Их недостаток – токсичность. Применяются в качестве электроизоляции, изготовления клеев, лаков, заливочных компаундов.

Кремнийорганические смолы (полиорганосилоксаны, силиконы) обладают высокими тепловыми, влажностными свойствами, хорошие диэлектрики, применяются в качестве связующего для изготовления пластмасс, слюдяных материалов и слоистых пластиков. Однако, кремнийрганические смолы имеют низкую механическую прочностью. Кремнийорганические полимеры представляют собой неорганические цепи из атомов кремния и кислорода, обрамлённых органическими радикалами. Органические радикалы у атомов кремния снижают термическую стойкость полиорганосилоксанов, но придают им водостойкость и эластичность.

Глифталевую смолу получают из простейшего трехатомного спирта глицерина и избыточного количества фталевого ангидрида при температуре 150...200°С в алюминиевых котлах. Это термореактивные смолы с ярко выраженными дипольно-релаксационными потерями. Глифталевые смолы обладают следующими свойствами: высокая нагревостойкость, до температуры 130°С, высокая гибкость, достаточно высокая твердость, высокая клеящая способность, растворимость в органических растворителях, размягчаются при нагревании, повышенная гигроскопичность при неполной

полимеризации, стойкость к поверхностным разрядам. Применяют как основу для клеящих, пропиточных и покрывных лаков, пленки которых стойки к нагретому минеральному маслу; для изготовления лаков, пластмасс, клеев.

Эластомеры

Комментарии к рис. 4.26

Резина - эластомер, получаемый путем вулканизации каучука, являющегося органическим полимером.

Натуральный каучук получают из латекса - сока тропических деревьев.

Это полимерный углеводород (С₅Н₈)_n, в отдельных звеньях молекулы которого имеются двойные связи:

При низких температурах каучук хрупкий и твердый при нагревании размягчается. Не растворяется в воде, легко растворяется в сероуглеродах, бензине, эфире и углеводородах. По своим диэлектрическим характеристикам натуральный каучук близок к неполярным диэлектрикам. Температура размягчения Т_разм=50°С, диэлектрическая проницаемость e=2,4, tg d=0,002.

Наиболее распространенный синтетический каучук - натрий - бутадиеновый. (СК-Б). Из-за малой устойчивости к действию как повышенных, так и пониженных температур и малой стойкости к растворителям, чистый каучук для электрической изоляции и других технических целей не применяется. Каучук подвергают вулканизации - нагреву с добавлением серы, придающей каучуку свойство термореактивности, и наполнителей (мел, тальк), красителей и др. веществ. Каучук приобретает при этом повышенную нагревостойкость и холодостойкость при благоприятных механических характеристиках.

При количестве серы от 3 до 10% получается мягкая резина, обладающая высокой эластичностью и упругостью. При 20-50% серы - твердая резина, или эбонит, обладает очень хорошей стойкостью по отношению к ударным нагрузкам (ударная вязкость).

Положительные качества резины:

•Довольно высокие электроизоляционные свойства (Е_Пр=20-30 кВ/мм);

•Влагостойкость;

•Непроницаемость для воды и газов;

 •Хорошие механические свойства.

Недостатки:

•Ограниченная нагревостойкость - при температуре 60-75°С резина заметно стареет, становится хрупкой и растрескивается.

•Малая стойкость к действию нефтяных масел и других растворителей; •Малая стойкость к действию света (особенно ультрафиолетового);

•Нестойкость к действию озона, что исключает применение резины на ВН. Сера взаимодействует с медью, особенно при повышенных температурах. Поэтому накладывать резину непосредственно на медную жилу кабеля недопустимо: предварительно покрывают медь оловом. Или накладывают на кабельную бумагу. На алюминиевый провод может накладываться непосредственно.

Тиурамовая резина. Для вулканизации берется не чистая сера, а тиурам - органическое соединение, содержащее резину. Тиурамовая резина более устойчива к тепловому старению и выдерживает несколько большие рабочие температуры. Кроме того, как не содержащая свободной серы, может накладываться на медь непосредственно, без разделителей.

За последнее время резина вытесняется полимерами: кремнийорганическими, ПВХ и т.п.

В кабельной промышленности широко применяются синтетические каучуки. Сырьём для их производства служат спирт, попутные продукты нефтедобычи и нефтепереработки. Синтетические каучуки подразделяются на каучуки общего и специального назначения.

Бутадиеновый каучук получают полимеризацией бутадиена в присутствии катализатора. Наиболее близок по свойствам к натуральному, является каучуком общего назначения; применяют для изготовления эбонитовых изделий и оболочек кабелей. Недостаток: малая клейкость.

Сырьём для синтеза бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов. Бутадиен очищают от не прореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончанию реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора синтеза бутадиенового каучука С.В.Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А.А.Кракау.

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.