5.2. ТВЕРДЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
К органическим диэлектрикам относятся материалы, в составе которых находится углерод.
В качестве органических диэлектриков в промышленности применяют как природные, так и синтетические полимеры, которые получают методом химического синтеза. Часто их называют смолами.
Большинство органических диэлектриков представляют собой высокомолекулярные вещества, которые содержат очень большое число атомов или простейших молекул. Основу многих высокомолекулярных диэлектриков составляют полимерные соединения, которые получают из мономеров (низкомолекулярных соединений) в процессе реакций полимеризации или поликонденсации.
Полимеризация - это процесс соединения большого числа мономеров с образованием нового высокомолекулярного вещества (полимера) без выделения побочных продуктов реакции.
Поликонденсация - это процесс соединения разнородных мономеров с образованием полимера и выделением побочного продукта реакции.
Свойства полимеров определяются химическим составом, взаимным расположением атомов и строением макромолекул
Полимерные углеводороды. К ним относят полистирол, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласт, полиметилметакрилат (оргстекло) и др.
Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными свойствами.
Полиэтилен - твердый белый или светло-серый материал без запаха, неполярный диэлектрик, полученный в результате реакции полимеризации газа этилена:
Полипропилен - линейный неполярный полимер, полученный полимеризацией газа пропилена аналогично полимеризации этилена низкого давления:
Поливинилхлорид (ПВХ) - белый мелкодисперсный порошок. Линейный полярный полимер, полученный в результате полимеризации газообразного мономера винилхлорида в присутствии
Винипласт - твердый, не содержащий пластификатора полимер, который получают горячим прессованием порошкообразного или пленочного поливинилхлорида.
Фторорганические полимеры. Одним из существенных недостатков органических синтетических полимеров является пониженная теплостойкость. Для повышения теплостойкости в качестве основы для органических полимеров используют кроме углерода фтор, кремний, титан и др. Наибольшее распространение получили фторорганические (фторопласты) и кремнийорганические полимеры.
Фторопласты - кристаллические полимеры фторпроизводных этилена, где атомы водорода замещены фтором. В радиоэлектронике наиболее часто используют фторопласт-4 (политетрафторэтилен) и фторопласт-3 (политрифторхлорэтилен).
5.2.2. Поликонденсационные синтетические полимеры
Полиамиды. Полиамиды - термопластичные полярные диэлектрики с линейной структурой.
Полиамиды обладают высокой механической прочностью (малый коэффициент трения, абразивостойкость); высокой эластичностью; высокой химической прочностью (стойки к действию щелочей, масел, жиров и углеводородов; растворяются только в ограниченном числе растворителей. Среди полиамидов наиболее распространены капрон и найлон.
Капрон применяется для получения синтетического волокна, которое по прочности, стойкости к истиранию и гигроскопичности значительно превосходит текстильное волокно.
Найлон имеет более высокую температуру размягчения, чем капрон.
Из полиамидов изготавливают также устойчивые к коррозии изолирующие крепежные винты, гайки, шайбы, детали выключателей.
Полиимиды. Полиимиды органические полимеры, которые обладают высокой нагревостойкостью (длительно выдерживают температуру до 300°С, а кратковременно до температуры 500°С); очень высокой холодостойкостью (сохраняют работоспособность до температуры -269°С); хорошими диэлектрическими свойствами.
Полиуретаны.
Полиуретаны обладают следующими свойствами:
температура плавления ниже, чем у полиамидов;
более устойчивы к окислению, действию кислот, влаги и мороза, чем полиамиды;
электроизоляционные свойства лучше, чем у полиамидов
устойчивы к действию большинства органических растворителей - бензина, бензола, масла, спиртов.
Наиболее широкое применение получили пенополиуретаны, обладающие достаточной механической прочностью, хорошими электрическими свойствами, высокой тепло - и звукоизоляцией. Их используют для их защиты от вибраций, тепла и механических перегрузок.
Припои и флюсы
Припои представляют собой чистые металлы или сплавы, применяемые в качестве связующего вещества при пайке металлических частей. Всякий припой должен выбираться с таким расчетом, чтобы он имел температуру плавления значительно ниже, чем соединяемые им металлические части. Припои делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.
Легкоплавкие, или мягкие, припои имеют температуру плавления ниже 500 °С, а тугоплавкие, или твердые, выше 500° С.
В марках припоев буквы и цифры обозначают следующее: буква П, расположенная на первом месте, — припой; стоящие за ней буквы обозначают следующее: О — олово, Су — сурьма, С — свинец, А — алюминий, Ср — серебро, М — медь, Кр — кремний, Ви — висмут, Зл — золото, К — кадмий. Цифры, располагающиеся за буквами, указывают процент содержания массы основного металла в припое. Например ПОС-90: припой оловянно-свинцовый с содержанием олова 90 % (по массе); ПОСК-50-18 содержит олова—50%, кадмия—18%, свинца — остальное (по массе).
Наиболее широко применяют оловянно-свинцовые припои. Они обладают большой жидкотекучестью и хорошо проникают в самые тонкие швы, хорошо схватываются с большинством металлов, медью, латунью, сталями, цинком и обеспечивают достаточно высокую прочность паяных швов. Припои с содержанием олова менее 15% применяют для паяния деталей, где не требуется большая механическая прочность.
К тугоплавким припоям относятся медно-цинковые (ПМЦ-54, ПМЦ-48 и др.) и медно-серебряные сплавы (ПСр-72, ПСр-70, ПСр-50 и др.), а также сплавы алюминия с медью цинком и кремнием. Наиболее широко применяются медно-серебряные припои. Припои на алюминиевой основе с добавками меди, кремния и олова отличаются повышенной механической прочностью и стойкостью к атмосферной коррозии. Эти припои применяются для пайки алюминиевых проводов и других деталей из алюминия и его сплавов.
Медно-цинковые припои обладают хрупкостью и не стойки к вибрациям и ударным нагрузкам, но электрическое сопротивление швов очень мало. Эти припои применяются для пайки деталей из меди, латуни, бронзы и сталей.
При пайке меди, латуни и бронз легкоплавкими припоями на свинцовой основе применяют флюсы, не вызывающие коррозии паяных швов. К таким флюсам относятся канифоль, раствор канифоли в этиловом спирте и другие составы на основе канифоли
При пайке тугоплавкими (твердыми) припоями, плавящимися при температуре выше 500 °С, канифоль и другие легко распадающиеся при высокой температуре флюсы применять нельзя. При высокотемпературной пайке стали, меди и медных сплавов (латуни, бронзы и др.) в качестве флюсов чаще всего используют буру Na2В4O7 или смеси ее с борной кислотой Н3ВО3 и другими солями.
Волокнистые материалы
Волокнистые материалы состоят преимущественно из частиц удлиненной формы — волокон, промежутки между которыми заполнены воздухом у непропитанных материалов и природными или синтетическими смолами у пропитанных. Преимуществами многих волокнистых материалов являются невысокая стоимость, довольно большая механическая прочность, гибкость и удобство обработки. Недостатки — невысокие электрическая прочность и теплопроводность, более высокая, чем у массивных материалов того же состава, гигроскопичность. Пропитка улучшает свойства волокнистых материалов.
Непропитанные волокнистые материалы по виду исходного сырья можно подразделить на материалы из:
а) растительных волокон;
б) бумаги, картона, хлопчатобумажной пряжи и ткани;
в) животных волокон (натуральный щелк);
г) искусственных и синтетических волокон (ацетатный шелк, капрон и др.);
д) неорганических волокон (стеклянное волокно, асбест);
