пасивні полімери

4.2. пасивні полімери

розрахувати за формулою:

де 1 - емпірична константа, і - порогове напруга іонізації.

Іонізаційні втрати призводять до розігрівання пір.

∙ Резонансні втрати. Резонансні втрати пов'язані з резонансною поляризацією, проявляються при збігу частоти електричного поля з власною частотою коливання осциляторів. Фактично в цих умовах конденсатор поводиться як активний опір.

∙ Втрати на гістерезис. Характерні тільки для сегнетоелектриків, яким властива доменна поляризація, що супроводжується в змінних полях діелектричним гістерезисом. Втрати на гістерезис існують до точки Кюрі.

4.2.1 Основні відомості про полімери

Полімери - високомолекулярні сполуки, одержувані шляхом багаторазового повторення різних груп атомів, які називаються «мономерами», з'єднаних в довгі макромолекули хімічними або координаційними зв'язками. Реакцію освіти полімеру з мономерів називають полімеризацією. Полімеризація з'єднань з подвійними зв'язками, як правило, протікає по ланцюговому механізму. Для початку ланцюгової реакції необхідно, щоб у вихідній інертною масі зародилися активні частинки. У ланцюгових реакціях одна активна частка втягує в реакцію тисячі неактивних молекул, що утворюють довгий ланцюг. Первинними активними центрами є вільні радикали і іони. Радикали - це частини молекули, які утворюються при розриві електронної пари і містять неспарених електронів (наприклад, метил CH 3 -, феніл C 6 H 6 -, етилова група C 2 H 5 - і т. Д.). Освіта первинних радикалів та іонів може відбуватися під дією теплоти, світла, різних іонізуючих випромінювань, спеціально вводяться каталізаторів.

Крім реакції полімеризації можуть бути більш складні випадки утворення високомолекулярної сполуки. така,

Глава 4. Діелектричні матеріали

наприклад, поликонденсация - реакція, пов'язана з перегрупуванням атомів полімерів і виділенням зі сфери реакції води або інших низькомолекулярних речовин. Полімери, отримані шляхом поліконденсації, як правило, володіють зниженими електричними властивостями в порівнянні з матеріалами, отриманими за реакцією полімеризації. Основною причиною цього є наявність в поліконденсаційних діелектриках залишків побічних низькомолекулярних речовин (води, кислот, спирту), які, розпадаючись на іони, збільшують провідність матеріалу [3].

Класифікація полімерів за формою макромолекул. Залежно від просторової структури макромолекул полімери ділять на два основних типи - лінійні, розгалужені і просторові.

∙ Лінійні полімери - це з'єднання, макромолекули яких являють собою довгі ланцюга, молекули яких хімічно інертні по відношенню один до одного і пов'язані між собою лише силами Ван-дер-Ваальса.

∙ Розгалужені полімери утворені ланцюгами з бічними відгалуженнями (число відгалужень і їхня довжина різні). Розгалужені полімери міцніші, ніж лінійні.

∙ Просторові полімери містять реакційно-здатними ні групи, які при нагріванні з'єднуються безліччю міцних поперечних зв'язків і полімер виявляється зшитим.

Лінійні і розгалужені полімери розм'якшуються (плавляться) при нагріванні і знову тверднуть при охолодженні. Така властивість полімерів називається термопластичностью, а самі полімери - термопластичними, або термопластами. Термопластичні полімери можна не тільки плавити, а й розчиняти, так як зв'язку Ван-дер-Ваальса легко рвуться під дією реагентів. До термопластів відносяться полівінілхлорид, поліетилен, полістирол і ін. Просторові полімери при нагріванні залишаються твердими, а при досягненні температури плавлення руйнуються [3].

Структурні форми і склад полімерних ланцюгів. Макромолекули можуть бути регулярними і нерегулярними. Полімер побудований регулярно, якщо дотримується досконалий дальній порядок розташування ланок по ланцюгу. Гнучкі нерегулярні мак

4.2. пасивні полімери

ромолекули мають тенденцію згортатися в сфероподобние структури, звані глобулами. Поверхня глобули набагато менше поверхні витягнутої макромолекули, тому міжмолекулярної взаємодії при контакті глобул виявляється слабким. Глобулярної структурою пояснюється неміцність деяких органічних полімерів.

Жорстким полімерним ланцюгах важко згортатися в глобули. За рахунок сил міжмолекулярної взаємодії кілька сусідніх макромолекул можуть організуватися в пачки (пучки паралельних молекул). Полімери з гнучкими макромолекулами регулярного будови мають здатність утворювати кристалічну фазу, яка характеризується впорядкованим розташуванням молекул. У кристалічній фазі зазвичай спостерігається складання молекулярних ланцюгів, т. Е. Їх вигин через певні інтервали під кутом 180 і вбудовування в площині у вигляді гармошки. При кристалізації сильно розбавлених розчинів можна отримати невеликі пластинчасті кристали деяких полімерів (наприклад, поліетилену). У кристалічному полімері макромолекули щільно упаковані і їм важко виявляти свою гнучкість. Такі полімери зазвичай є жорсткими матеріалами з високим модулем пружності і малої деформуємість.

За хімічним складом полімери можна розділити на органічні та елементоорганіческіе. До органічних полімерів відносять такі високомолекулярні сполуки, у яких головна ланцюг складається з вуглецю або комбінації вуглецю з киснем, азотом, сіркою і фосфором.

Елементоорганічні називають такі полімери, головний ланцюг яких не містить атомів вуглецю, але обрамований органічними групами. Найбільш поширеними представниками цих матеріалів є кремнійорганічні сполуки (поліорганосилоксани) [3].

Електричні властивості полімерів Будова макромолекул багато в чому визначає електричні властивості полімерів. Всі хімічні зв'язки вуглецю з іншими елементами в тій чи іншій мірі полярні через відмінності електроотріцательностей атомів, що беруть участь в зв'язку. Сумарний дипольний момент молекули визначається векторної сумою дипольних моментів окремих зв'язків. Якщо молекула має симетричну будову, то дипольні моменти окремих зв'язків можуть врівноважувати один одного, завдяки чому сумарний дипольний момент дорівнює нулю.

Глава 4. Діелектричні матеріали

Речовини з несиметрично побудованими ланками полімерних молекул є дипольними і зазвичай мають невисокими або середніми електричними характеристиками. Високомолекулярні вуглеводні з симетрично побудованими молекулами практично неполярних або слабополярная, і вони мають мале значення тангенса кута діелектричних втрат і низьку питому провідність. [3]

4.2.2 Лінійні полімери

Лінійні полімери - це з'єднання, макромолекули яких являють собою довгі ланцюга, молекули яких хімічно інертні по відношенню один до одного і пов'язані між собою лише силами Ван-дер-Ваальса.

Неполярні полімери - полімери, у яких мономерні ланки макромолекул не володіють дипольним моментом. Найбільш важливе значення з них мають поліетилен, поліпропілен, полістирол, політетрафторетилен (фторопласт-4). Ці полімери мають найбільше технічне значення з матеріалів, одержуваних полімеризацією.

Полярні полімери - полімери, у яких через асиметрію будови молекул сильно виражена дипольно-релаксаційна поляризація. Тому вони мають більш високими діелектричними втратами, ніж неполярні полімери (особливо на високих частотах), і большімі' значеннями діелектричної проникності. Питомий поверхневий опір цих матеріалів сильно залежить від вологості навколишнього середовища [4].

4.2.3 Композиційні порошкові пластмаси

Композиційні порошкові пластмаси призначені для виготовлення виробів методом гарячого пресування або лиття під тиском, і складаються з сполучного речовини (штучні смоли - просторові або лінійні полімери) і наповнювачів (деревне борошно, вичіски бавовнику, каолін, кварцовий пісок, азбестова або скляне волокно і т. д.). Крім того, в масу додають барвники і для отримання найкращих технологічних властивостей - пластифікатори. Наповнювач здешевлює пластмасу і в той же час покращує механічні характеристики вироби. У ряді випадків при введенні наповнювача (напри-