Неполярные высокочастотные полимеры

Полиэтилен получается полимеризацией этилена, который извлекают из газов, выделяющихся при переработке нефти и коксового угля. Структурная формула этилена C₂H₄

Коэффициент полимеризации n достигает (20-35) *10³. Существуют два способа получения полиэтилена – при высоком и низком давлении. В первом случае полимеризация происходит при температуре t = 200 ^оC и давлении P =1500 - 3000 атмосфер в присутствии катализатора. При втором способе полимеризация происходит при давлении P =1--75 атмосфер в растворителе (углеводороде) с добавлением металлоорганического катализатора, температура t =(30-70) ^оC.

Полиэтилен представляет собой белый (роговидный) материал, на ощупь напоминает парафин, в тонких пленках прозрачен. До переработки в изделие полиэтилен гранулируется. Это легкий материал, удельный вес

d=0,92 – 0,96

При поджигании полиэтилен загорается, медленно горит синеватым пламенем без копоти. Полиэтилен термопластичен, температура размягчении t = 110 ^оC. При комнатной температуре на него не действуют ни кислоты, ни щелочи, кроме концентрированной азотной кислоты. Полиэтилен прочен на разрыв, тверд, гибок в диапазоне температур t = (-60+60) ^оС, морозоустойчив, стоек к истиранию. Маслостойкость плохая, в бензине набухает, растворяется в ацетоне, четыреххлористом углероде СС1₄, хлороформе, толуоле, ксилоле. Содержит кристаллическую (75%) и аморфного (25%) фазы.

Электрические параметры:

ε =2.2 – 2.5; tgδ= 10^-3 – 2_*10^-4; ρ_v = 10¹⁷Ом*см; Е_пр =40-60

 

Зависимости ε’ и tgδ от частоты и температуры показаны на рис. 1,2

Механические свойства полиэтилена зависят от температуры, полиэтилен высокой плотности в 2-3 раза прочнее на разрыв, чем низкой плотности.

Водопоглощение полиэтилена, погруженного в воду при комнатной температуре на 1 месяц, составляет 0,03%.

В зависимости от величины относительного удлинения при разрыве выпускается полиэтилен марок ПЭ-150, П-350, ПЭ-450, ПЭ-500 (цифры – относительное удлинение в процентах). Выпускается также пористый полиэтилен, который получается введением в состав полиэтилена газообразователей. Электрические характеристики пористого полиэтилена: ε =1.1; tgδ= 10^-3.

Водопроницаемость возрастает в 10 раз. Солнечная энергия разрушает полиэтилен. Для увеличения светостойкости в него вводят до 2% сажи. Горючесть полиэтилена может быть снижена добавлением в него хлорированного парафина и трёхокиси сурьмы. При облучении -лучами температура плавления увеличивается до (180-200) ^оС, улучшаются и механические свойства.

Полиэтилен высокого давления применяют для изготовления изоляции и защитных оболочек кабелей связи. Полиэтиленовые пленки низкого давления применяют в качестве антикоррозийного и упаковочного материала. Облученный электронами полиэтилен имеет в 5 раз большую теплостойкость.

Полипропилен получается полимеризацией пропилена, содержащегося в газах, выделяющихся при переработке нефти.

 

Структурная формула полипропилена:

В зависимости от техпроцесса полипропилен может быть получен как аморфный каучукообразный, так и кристаллический. Полипропилен представляет собой жесткий материал без цвета и запаха, с глянцевой поверхностью. Он имеет резко выраженную температуру плавления в диапазоне 164 - 168 ^оС. По электрическим свойствам аналогичен полиэтилену. Он негигроскопичен, стоек к действию кислот, щелочей и растворов солей, разрушается только концентрированной азотной кислотой при температуре 70 °С, разрушается под действием солнечных лучей, светостойкость улучшается при введении в него (1—2) % сажи. Растворяется в бензоле, толуоле. Применяется для изготовления искусственных волокон, химической посуды. Сополимер СЭП-15 этилена и пропилена (2-15% пропилена) обладает большой теплостойкостью, стойкостью к растворению в агрессивных средах. Пленки полипропилена прочнее, чем пленки полиэтилена.

Полиизобутилен - получается полимеризацией изобутилена, имеет следующую структурную формулу:

 

В зависимости от коэффициента n (10³ - 4_*10⁵) может быть как жидким так и твердым каучукообразным материалом. Полиизобутилен эластичен в диапазоне температур (78-100) °С. При его нагревании до температур, превышающих 100 °С, снижаются механические свойства, пластичность возрастает. Он устойчив к воздействию воды и химических растворов вплоть до 100 °С. Горит коптящим пламенем. Под действием солнечных лучей полиизобутилен становится липким (распадается), его прочность и эластичность уменьшаются. Светостойкость повышают введением 1% сажи. Полиизобутилен выпускается марок П-200, П-155, П-118, П-85 (цифры коэффициент полимеризации в тысячах). Применяется при изготовлении высокочастотных кабелей, как антикоррозийное покрытие. Набухает и растворяется в бензине, керосине. Электрические характеристики близки и аналогичны характеристикам полиэтилена, но Е_пр в 2-3 раза ниже.

Полистирол получается полимеризацией стирола C₈H₈. Структурная формула имеет вид:

Стирол – побочный продукт сухой перегонки каменного угля, дерева.

Стирол легко полимеризуется даже при хранении на холоде, в темноте, при отсутствии катализатора. Полистирол получается в виде блоков, плит, эмульсии. Блочный полистирол обладает лучшими электрическими свойствами, аналогичными свойствам полиэтилена. Полистирол растворяется в бензоле, ароматических и хлорированных углеводородах. Он устойчив к действию кислот, кроме концентрированной азотной, щелочей, озона. Смазочные масла разрушают полистирол. Он горит коптящим пламенем, обладает повышенным сопротивлением на разрыв (в 5 раз прочнее полиэтилена), обладает малой водопоглощаемостью. Полистирол применяется при изготовлении радиокабелей, пленочных конденсаторов, каркасов катушек индуктивности, установочных деталей. Пленка из полистирола называется стирофлексовой. Эмульсионный полистирол применяется для изготовления лаков, компаундов. Недостатком полистирола является низкая температура размягчения (80 °С), разработан полистирол и с высокой (220 °С) температурой плавления. Изделия из полистирола склонны к образованию тончайших трещин со временем. Для борьбы с этим явлением в полистироле вводят синтетический каучук. Полистирол входит в состав пластмасс. Пластмасса ПТ-3 содержит 3 % рутила TiO₂. Блочный полистирол легко окрашивается. Из полистирола можно изготавливать пенопласт (ПС-1, ПС-Б).

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) получается полимеризацией тетрафторэтилена С₂F₄. Структурная формула:

Это белый или сероватый материал, на ощупь напоминает мыло, самый тяжелый из всех полимеров (d=2,3 ) Он обладает высокой теплостойкостью (250°С), по химическим свойствам превосходит платину, не горит, не растворяется ни в чем, негигроскопичен. ФТ-4 легко склеивается с металлами и пластмассами эпоксидными, карбинольными клеями. ФТ-4 обладает хорошими электрическими характеристиками:

ε =1,9 – 2; tgδ= 2_*10^-4 – 4_*10^-4; ρ_v = 10¹⁹Ом_*см; Е_пр 25 .

Электрические свойства практически не меняются в диапазоне частот до

10¹⁰ Гц. Его недостатки: дорогой, течет на холоде при нагрузке более 30 , токсичен при t = 250 °С, так как выделяется фтор, Е_пр снижается при длительном воздействии напряжением до 6 , при воздействии радиации свойства ухудшаются. Применяется в СВЧ устройствах, в конденсаторах, для изготовления вакуумных прокладок.