Основные полимеры, используемые для производства электроизоляционных материалов и пропиточных составов

Основные параметры, характеризующие стойкость изоляции к воздействию температуры

-Температурный индекс (ТИ)
- Класс нагревостойкости
1. Нагревостойкость

2. Теплостойкость – способность полимерных материалов не размягчаться (сохранять жесткость) при повышении температуры
Теплостойкость
по Мартенсу
по Вика

3. Термостойкость – стойкость полимеров к химическому разложению, происходящему под действием энергии теплового движения (способность материалов сохранять неизменным химическое строение)
Теплостойкость < Нагревостойкость <Термостойкость

Стойкость к кратковременному нагреву

Ссш1 < Ссш2 < Ссш3

Влияние строения полимера на нагревостойкость

Энергия связи, размер атома
Внутри молекулы
0,75- 3 Ао
100 – 200 ккал/моль
Между молекулами
3 – 10 Ао
0,5 – 10 ккал/моль
Сопротивление связи зависит
Взаимного влияния атомов и групп
Экранирующего действия атомов

Электроотрицательность
F - 4,0
C - 2,5
H - 2,1
0 - 3,5
Cl - 3,0
Si - 1,8
N - 3,1

Политетрафторэтилен Политетрафторхлорэтилен
Tпл = 260ОС
Tпл = 150ОС

Влияние кристалличности
1. Стеклообразное или кристаллическое состояние
2. Наличие объемных групп в цепи
3. Полярные группы
4. Водородная связь

Содержание ароматических колец и гетероциклов
Т разл = 620оС
Т разл = 450оС
Т разл = 510оС

Т = А ·х +В

Наличие силоксановой (Si-O) связи
где R – органические радикалы: СН3, C2H5, C6H5 и др
Si - 1,8
0 - 3,5
C - 2,5

Виды полимеров

Полиэфирные смолы
HOCH2 ─ CH2OH HOCH2 ─ CH ─ CH2OH
│
Этиленгликоль OH
Глицерин
Терефталевая кислота

Термопластичные полиэфирные смолы

1.
+
Глицерин
Фталевая кислота
Г – Ф – Г – Ф – Г – Ф – Г -
Ф ОН Ф
Ф – Г – Ф – Г – Ф – Г – Ф -
Глифталевые смолы

Полиэфиры модифицируют производными изоциануровой кислоты:

При этом образуется при запекании полимер (полиэфирцианурат) пространственной структуры:

Полиамиды
CONH
полиамиды, получаемые конденсацией диаминов с дикарбоновыми кислотами
полиамиды, получаемые конденсацией аминокислот
Найлон капрон.
Поликонденсацией ароматических дикарбоновых кислот (изофталевой или терефталевой) и ароматических диаминов получают высоко нагревостойкие полиамиды с температурой плавления около 3500С:
H2N R NH2

По химическому составу бумага «Номекс» представляет собой ароматический полиамид и в целом известна под названием «арамид»:
Флок
Фибриды

Поперечный разрез арамидной бумаги «Номекс»
Оба компонента – флок и фибриды – смешиваются в пульпу на водной основе, из которой на специальной бумагоделательной машине производится непрерывный листовой материал.
Последующее уплотнение и упрочнение внутренних связей осуществляется с помощью высокотемпературного каландрования. Получаемая в результате бумага обладает механической прочностью, гибкостью и хорошими электрическими свойствами, которые сохраняются при высоких температурах (обугливаются при температурах свыше 400 °C и способны выдержать короткое воздействие температур до 700 °C).

Номекс 410 - каландрированный
Номекс 411 - некаландрированный
Механическая прочность
Рабочая температура 220оС
Длительная работа при 98% влажности

Полиимиды

Цепь молекулы полиимидов, кроме имидных циклов, содержит ароматические ядра, связанные гетероатомом (О, S) или атомом углерода. Типичным представителем этой группы является полиимид следующего строения:

Получение полиимидов основано на реакции поликонденсации диангидридов тетракарбоновых кислот и ароматических диаминов.
диангидрид пиромеллитовой кислоты:
диаминодифенилоксид (диаминодифениловый эфир)
Полиимиды, в получении которых участвует диангидрид пиромеллитовой кислоты, называют полипиромеллитимидами.

I стадия
Полиимиды получают в две стадии. Сначала в среде растворителя (диметилформамида, диметилацетамида и др.) получают полиамидокислоту по реакции:

II стадия
Вторая стадия образования полиимида протекает в твердой фазе — в тонких слоях пленок после удаления растворителя при высокой температуре (300 – 5000С). Реакция превращения полиамидокислоты в полиимид сопровождается выделением воды вследствие образования циклов по реакции:

Фторопласт 4МБ
Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом

Полиэфиримид
Лак ЭД – 9152
Компаунды Элпласт 155,
180,
200
Полиамидимид
Провод ПЭТ 200

Полиуретаны
nOC = N ─ Rꞌ ─ N = CO + (n+1)HO ─ R" ─ OH ───►
───► HO ─ R" ─ O ─ (─ OC ─ NH ─ Rˈ ─ NH ─ CO ─ O ─ R" ─ O ─)n ─ H
диизоцианат

Зависимость времени облуживания эмальпроводов от температуры
1 – полиуретановая пленка
2 – полиуретановая пленка в сочетании с поливинилацеталевой смолой

2. Нагревостойкость проводов ниже полиэфирной изоляции
3. Низкая стойкость к нагреву в режиме К.З.
4.Заливочные компаунды – хорошая морозостойкость и эластичность, но малая механическая прочность и снижение диэлектрических характеристик при повышенной температуре
Полиуретановые каучуки

Эпоксидные смолы и составы на их основе
эпихлоргидрин
многоатомный фенол - дифенилолпропан (диоксидифенилпропан)

Вещества, добавляемые для превращения жидких смол в твердые полимерные соединения, называются отвердителями.
Отвердители
1) полиамины
2) полиамиды
3) ангидриды кислот
4) отвердители каталитического типа
Диановые эпоксидные смолы
- ЭД
- эпоксигруппа

Отвердители
1. отверждающие на холоду (холодного отверждения) - амины
2. отверждающие при нагревании (горячего отверждения) – кислоты и ангидриды кислот
:

Амины

отвердитель ангидридного типа

эпоксиноволачные смолы

Эпоксидные смолы
Преимущества
1.В процессе отверждения не выделяется летучих веществ
2. Стабильность размеров , малая усадка (≤2%)
3. Химическая стойкость
4. Химическая инертность
5. Долговечность
6. Высокая адгезия
7. Универсальность в выборе отвердителя и условий отверждения
8. Низкая вязкость до отверждения
Недостатки
Высокий ТКЛР – 45 ÷ 65∙10-6 1/град

Кремнийорганические полимеры
| | | |
∙ ∙ ─ Si ─ O ─ Si ─ O ─ Si ─ O ─ Si ─ O ─ ∙ ∙
| | | |
R R R
| | |
∙ ∙ ─ Si ─ O ─ Si ─ O ─ Si ─ O ─ ∙ ∙
| | |
R R R
где R – органические радикалы: СН3, C2H5, C6H5 и др.
Кремнийорганические полимеры — это класс высокомолекулярных соединений, в построении главной цепи которых участвует атом кремния.
Структура линейного полиорганосилоксана:

В пространственной структуре атомы кремния отдельных цепей соединены через кислород (силоксановая связь):