ПС получают методами блочной, суспензионной или эмульсионной полимеризации из стирола. Структура ПС состоит из линейных полимерных макромолекул с фенильными радикалами [-CH2-CHC6H5-]n. При молекулярной массе М 30000-70000 он представляет собой вязкие жидкости (применяется для лаков), а при М равной 200000-300000 является твердым полимером. Основные физико-механические свойства блочного ПС приведены в табл. 2.2. Свойства эмульсионного и суспензионного ПС мало отличаются от блочного.
ПС стоек против действия щелочей, многих органических и минеральных кислот, трансформаторного масла, глицерина, но он набухает в 65 %-й азотной кислоте, в бензине и керосине; растворим в ароматических и хлорированных углеводородах, в сложных эфирах. При температуре 200 оС ПС разлагается с образованием стирола и других низкомолекулярных соединений.
Полистирол является неполярным материалом, диэлектрические свойства которого мало изменяются от температуры примерно до 70 оС.

Таблица 2.2

Диэлектрические и физико-механические параметры
полистирола

Показатели Блочный
ПС Показатели Блочный ПС
1 2 3 4
Плотность, кг/м3 105-1080 Температурный коэффициент линейного расширения, оС 8 10-5
Прочность, МПа:
при растяжении
35 Водопоглощение за 24 ч. при 20 оС не более, % 0,2
при статическом изгибе - Длительная рабочая температура, о С 70
Ударная вязкость, кДж/м2 16-20 Удельное объемное сопротивление v, Ом м 1015
Модуль упругости
при изгибе, МПа
2700 Удельное поверхностное сопротивление s, Ом 1016
r при 103 Гц 2,5-2,6
Относительное удлинение, % 1,5 tg при 103 Гц (2-3)10-4
Теплостойкость по Мартенсу, оС 75-80 Епр, МВ/м 25

Полистирол обладает относительно низкой механической прочностью и низкой ударной вязкостью, кроме того, имеет невысокую нагревостойкость и склонность к быстрому старению. Старение выражается в появлении на поверхности сетки мелких трещин из-за удаления присутствовавшего мономера и из-за неравномерных напряжений вследствие неодинаковой степени полимеризации. Для устранения про¬цесса старения и повышения пластичности полистирол эластифицируют синтетическими каучуками, что позволяет применять его в качестве конструкционного материала (свойства такого ПС будет рассмотрено в разд. 2.4).
Из полистирола изготавливают каркасы ВЧ катушек индуктивности, изоляцию ВЧ кабелей, корпуса приборов, пленки (стирофлекс) для конденсаторов типа К71, опорные изоляторы антенн. На основе полистирола изготавливают пропиточные и покровные компаунды для дросселей и трансформаторов.
Полифениленоксид (арилокс) - это органический синтетический гетероцепной полимер, получаемый методом поликонденсации из 2,6-диметилфенола в жидкой фазе; степень кристалличности его составляет 20 %. Структурная формула макромолекулы полифениленоксида (ПФО) представлена на рис. 2.3 а, а основные диэлектрические и физико-механические свойства приведены в табл. 2.3.
Полифениленоксид является слабополярным материалом, он сочетает высокую механическую прочность с хорошими электрическими свойствами в широком диапазоне температур и частот. Температура хрупкости ПФО лежит ниже -170 оС, размягчается он при температуре 215-280 оС.



Рис. 2.3. Структурные формулы макромолекул полифениленоксида (а) и поликарбоната (б)



Таблица 2.3

Основные диэлектрические и физико-механические свойства ПФО, ПК и ПЭТФ

Показатели Полифенилен-оксид (ПФО) Поликарбонат (ПК) Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)
1 2 3 4
Прочность, Мпа:
при растяжении 75 65-80 170
при изгибе 105 80-130 -
Модуль упругости
при растяжении, Мпа 2300-2700 1400-2400 2900-3800
Относительное удлинение, % 6-7 50-110 70
Ударная вязкость, Дж/м2 20-40 100-120 70-90
Удельное сопротивление:
объемное v, Ом м; 1014 1014 1015
поверхностное s, Ом 1015 - -
на частоте (50-106 Гц) 2,5-2,58 2,6-3,1 3,1-3,2
tg (106) Гц 9 10-4 6 10-4 3 103
Электрическая прочность, E МВ/м 16-20 30 180 (для тонких пленок)
Теплостойкость по Мартенсу, oС 190 115-120 -
Холодостойкость, oС <-170 <-100 -
Водопоглощение за 24 ч.,% 0,1 0,2 -
Длительная рабочая температура, oС ~115 130-140 120-130
Электрические свойства мало изменяются в интервале -180 +180 оС. Полимер стоек против действия разбавленных кислот и щелочей, водяного пара; растворим в ароматических и хлорированных углеводородах. ПФО самозатухает, имеет высокую искростойкость.
Полимер имеет низкую эластичность - относительное удлинение его составляет 3-8 %. Для повышения эластичности применяют эластифицированные ПФО, что позволяет применять его для изготовления пленок (норил), каркасов катушек индуктивности, печатных плат, корпусов, работающих в области высоких частот и в широком диапазоне температур.
Поликарбонат (ПК) - сложный полиэфир, получаемый поликонден¬сацией дифенилолпропана и угольной кислоты (фосгена), который вы¬пускается под названием дифлона. ПК является прочным, жестким, прозрачным материалом со степенью кристалличности около 20 %. Структурная формула поликарбоната изображена на рис. 2.3 б; основные физико-меха-нические свойства представлены в табл. 2.3.
ПК является слобополярным полимером, он сочетает ряд хороших свойств: относительно высокую температуру размягчения, хорошие механические свойства в широком интервале температур, атмосферостойкость и влагостойкость, высокую температуру воспламенения и затухает при удалении его из пламени.
Поликарбонат химически стоек к растворам солей, разбавленных щелочей и минеральных кислот; выдерживает светотепловое старение и тепловые удары, тропикостоек, но ограниченно стоек к концентрированным растворам концентрированных щелочей, нестоек к действию аммиака и аминов.
ПК применяется в виде пленки для изоляции силовых трансформаторов и в качестве прокладок конденсаторов, для изготовления установочных деталей электронных средств назначения (каркасов катушек индуктивностей и трансформаторов, корпуса и т.д.).
Политертрафторэтилен (ПТФЭ), фторпласт-4, тефлон) – это самый лучший диэлектрический материал, обладающий низкими диэлектрическими потерями и малой диэлектрической проницаемостью, что позволяет применять его для изделий в диапазоне СВЧ. Основные свойства фторпласта-4 даны в п. 2.3 «Термостойкие ненаполненные пластмассы».
Полярные материалы. Это термопласты с полярными макромолекулами, обладающими повышенными диэлектрическими потерями (tg 10-2) и диэлектрической проницаемостью = 3 – 6.
Поливинилхлорид (ПВХ) является термопластичным полимером со степенью кристалличности 10-25 %, получаемым полимеризацией винилхлорида. Химическая формула макромолекулы ПВХ [- CH2-CHCl-]n; в молекуле один атом Н заменен атомом Cl, поэтому поливинилхлорид является полярным диэлектриком. Благодаря сильным полярным межмолекулярным связям, прочно соединяющим молекулярные цепи, ПВХ является прочным, жестким и негибким полимером. ПВХ до 60 оС стоек против действия соляной кислоты любой концентрации, серной кислоты - до 90 %-й, азотной до 50 %-й и уксусной до 80 %-й концентраций. ПВХ не изменяется при воздействии щелочей любых концентраций, промышленных газов, растворов солей Nf, Al, K, Cu, Fe и других металлов, а также бензина, керосина, масел, жиров, спиртов, глицерина. С физиологической точки зрения ПВХ совершенно безвре¬ден, но при нагреве и при механических воздействиях при температу¬ре выше 100 оС наблюдается деструкция макроцепей, проявляющаяся в выделении HCl и небольшого количества ароматических углеводородов (бензол), которые оказывают вредное воздействие (раздражение глаз и слизистой оболочки носа). При горении ПВХ выделяется большое количество тепла, образуется густой плотный дым.
Непластифицированный твердый ПВХ называется винилпластом. Применяется он для изготовления баков аккумуляторов, защитных покрытий для металлических емкостей, изоляционных трубок. Недостатком этого материала является низкая рабочая температура (не выше 70 оС), хрупкость при низких температурах (Тхр = -10 оС).
Для придания эластичности в ПВХ добавляют пластификаторы, в качестве которых используют хлорированный полиэтилен, сополимеры стирол-акрилонитрила или бутадиен-стирол-акрилонитрила. Пластифи¬цированный ПВХ имеет морозостойкость от -15 до -50 оС, а температуру размягчения 160-195 оС. Он применяется для изоляции монтажных проводов и низкочастотных кабелей низкого напряжения, изоляционных трубок, липких изоляционных лент и так далее.
Полиэтилентерефтолат (лавсан) - сложный полиэфир, получаемый поликонденсацией этиленгликоля и терефталевой кислоты, имеющий структурную формулу



Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) - это полярный прозрачный полимер кристаллического или аморфного строения, обладающий значительной механической прочностью и высокой температурой размягчения (260 оС). Некоторые физико-механические свойства приведены в табл. 2.3.
ПЭТФ весьма устойчив к термической и термоокислительной деструкции, однако из-за изменения надмолекулярной структуры при повышенных температурах (при нагреве выше 80 оС начинает кристаллизоваться) в присутствии воды он теряет эластичность и становится хрупким в процессе длительной эксплуатации при температуре выше 140 оС. ПЭТФ обладает сравнительно высокой химической стойкостью, стоек к действию подавляющего большинства органических растворителей, устойчив в условиях тропического климата. Он растворяется лишь в фенолах и частично диметилформамиде и подобных амидных растворителях.
Полиэтилентерефталат литьевой применяется для изготовления различных конструкционных деталей (корпуса выключателей, кнопки управления, шестерни). Важной особенностью ПЭТФ является его высо¬кая механическая прочность в ориентированных полимерах - пленках, волокнах, достигающая 200 МПа. Пленки лавсана находят широкое применение для изготовления лент магнитной записи, гибких печатных плат, кабелей, шлейфов, прокладок конденсаторов. Лавсановые волок¬на используются для изготовления тканей и синтетической бумаги, имеющих высокие прочностные характеристики и применяемые в качестве изоляционных прокладок.
Полиамиды (ПА) являются полимерами линейного строения, содержащими в основной цепи макромолекулы амидные (-СО-NH-) и метилено¬вые группы (-СН2-). При поликонденсации диаминов и дикарбоновых кислот получают ПА (найлон), структурная схема макромолекулы которого имеет вид [-NH-(CH2)6-NHCO-(CH2)4-CO]n.
При полимеризации лактамов получают ПА (капрон) со структурной схемой макромолекулы [-NH-(CH)3-CO-]n. ПА - это легкокристаллизующиеся полимеры со степенью кристалличности 50-70 %. По внеш¬нему виду ПА представляют собой твердые рогоподобные продукты от белого до светло-кремового цвета, просвечивающиеся в тонком слое. Свойства различных ПА довольно близки. Они являются полярными диэлектриками с высокой механической прочностью и эластичностью; имеют низкий коэффициент трения и поэтому могут продолжительное время работать на истирание; кроме этого, ПА ударопрочны и способны поглощать вибрацию. Пленки и волокна, полученные из полиамидов, обла¬дают большой прочностью на растяжение (400-500 МПа), что обусловлено ориентацией структуры макромолекул, получаемой при вытяжке.
Полиамиды стойки к действию щелочей и органических растворителей: бензина, масел, спиртов, бензола; устойчивы в тропических условиях. Но они растворимы в концентрированных кислотах, фенолах и амидах. К недостаткам ПА относятся повышенная гигроскопичность, ускоренное старение и появление хрупкости под влиянием солнечного света, а также при продолжительном контакте с кислородом воздуха или водой, имеющей температуру выше 100 оС. Устойчивость полиамидов к свету повышается введением различных стабилизаторов.
Полиамиды без наполнителей и с наполнителями используются как изоляционные и конструкционные материалы, к которым предъявляются повышенные требования по жесткости, прочности и точности размеров. Из них изготавливают каркасы катушек, шестерни, втулки, подшипники (с графитовым наполнителем). Волокна из ПА имеют высокую механическую прочность при растяжении, причем волокна из найлона прочнее, чем из капрона.
На основе полиамидов и полиэфиров созданы полимерные материалы - полиуретаны (ПУР), которые по структуре близки к структуре ПА, но плавятся при более низких температурах (175-180 оС). Свойства ПУР в основном близки к свойствам полиамидов, но они обладают большой влагостойкостью, устойчивы к окислению и действию кислот. Полиуретаны применяют в качестве эмалей для проводов, на их основе создают лаки, компаунды, пленки, антикоррозионные покрытия, волок¬на и др. Полиуретаны особо выгодно применять для деталей радиоап¬паратуры, длительно работающей в интервале -60 +100 оС или в условиях тропического климата.




2.3. Термостойкие ненаполненные пластмассы

Политетрафторэтилен (ПТФЭ) [-CF2-CF2-]n - линейный термопластический полимер белого цвета, который получают полимеризацией газа тетрафторэтилена в присутствии инициаторов. ПТФЭ является полимером со степенью кристалличности около 90 %; аморфная фаза находится в высокоэластическом состоянии, что придает ему относительную мягкость. Кристаллическая структура его нарушается при нагреве около 327 оС - полимер становится прозрачным и переходит в высоко¬эластическое состояние. Высокоэластическое состояние сохраняется без перехода в вязкотекучее вплоть до температуры около 415 оС, при которой наблюдается интенсивное разложение полимера (деструкция) с интенсивным выделением газообразных продуктов.
ПТФЭ является наиболее химически стойким полимером из всех известных. При температуре до 260 оС он не растворяется ни в одном растворителе, на него не действуют щелочи и кислоты, сильные окислители и другие агрессивные вещества; по химической стойкости превосходит золото и платину.
Политетрафторэтилен негорюч, он способен загораться только в чистом кислороде, при этом теплота сгорания его в 10 раз меньше чем, например, полиэтилена. Он горит только в открытом пламени, но после его удаления горение прекращается. При нагреве в вакууме не выделяет газообразных продуктов (до 250 оС).
Политетрафторэтилен не смачивается водой при кратковременном погружении, но смачивается при пребывании в дистиллированной воде в течение 15-20 суток; стоек к воздействию тропического климата и не подвержен действию грибковой плесени. Он не выдерживает лишь воздействие расплавленных щелочных металлов, а также трехфтористого хлора, газообразного фтора при 150 оС и набухает в перфторированных керосинах при 300 оС.
Высокая химическая стойкость и нагревостойкость политетрафторэтилена по сравнению с углеводородами обусловлены тем, что атомы фтора создают сильное поле, экранирующие углеродную главную цепь макромолекулы от внешнего воздействия. Сама оболочка из атомов фтора также проявляет инертность по отношению к воздействиям различных сред вследствие высокой энергии ковалентной связи C-F.
К недостаткам ПТФЭ относятся ползучесть и адгезионная инертность. Ползучесть проявляется под действием небольших механических нагрузок уже при 20 оС. Для снижения ползучести в полимер вводят наполнители: стекловолокно, дисульфид молибдена и другие. Адгезионная прочность определяет низкую склеивающую способность ПТФЭ к другим материалам, поэтому перед склеиванием его поверхность подвергают особой обработке, например химическим травлением в расплаве окис¬лителей при Т = 370 оС или обработкой тлеющего разряда в кислороде.
Основные физико-механические свойства политетра-фторэтилена приведены в табл. 2.4.
ПТФЭ имеет самые низкие диэлектрические потери и низкую диэлектрическую проницаемость из всех существующих неполярных полимеров. Причем диэлектрические параметры практически не меняются в диапазоне частот от 50 Гц до 1010 Гц и при повышении температуры до 200 оС. Он применяется в качестве высокочастотного изоляционного и конструкционного материала повышенной надежности, эксплуатируемого в жестких условиях, в медицинской аппаратуре, химически стойкого покрытия металлических емкостей, труб, деталей, работающих в контакте с агрессивными средами.



Таблица 2.4

Диэлектрические и физико-механические свойства
термостойких полимеров

Показатели ПТФЭ ПТФХЭ ПИ Поли-сульфон
1 2 3 4 5
Прочность, МПа:
при растяжении 14-35 30-40 160-180 170
при статическом
изгибе 11-14 60-80 - 108
Модуль упругости
при изгибе, МПа 470-850 1160-1450 - -
Относительное удлинение, % 250-500 20-40 65 50-100
Ударная вязкость, кДж/м2 10-100 20-160 3,8-6,0 не раз-рушается
объемное v Ом м; 1015-1018 1,2 1016 1015-1016 1014
поверхностное s Ом 1015 - - -
tg (при 106) Гц 2 10-4 10-5 6 10-4-1,6 10-3 3 10-3
(при 106) Гц; 1,9-2,2 2,5-2,7 3,5 3,1
Теплостойкость по Мартенсу Тпл,oС 327 210-215 - -
Водопоглощение за 24 ч., % 0,00 0,00 1,5 0,2
Длительная рабочая температура, oС -269 +260 -195
+190 220 155

Пленки из ПТФЭ, армированные стеклотканью и неармированные, применяются для изготовления гибких печатных схем, соединительных гибких шлейфов, полосковых линий с малым волновым сопротивлением, прокладок для конденсаторов. Армированные стеклотканью пластики находят применение для изготовления печатных плат в СВЧ диапазоне. Ненаполненный политетрафторэтилен является лучшей изоляцией высокочастотных коаксиальных кабелей ответственного назначения, отличным изолятором для СВЧ разъемов. Наполненный графитом полимер применятся для изготовления подшипников скольжения, втулок.
Политетрафторэтилен не охрупчивается, т.е. сохраняет пластические свойства, вплоть до температуры жидкого гелия, поэтому он является незаменимым изолятором и конструкционным материалом в криоэлектронике.
Детали из ПТФЭ изготовляют путем прессования с последующим спеканием. В связи с выделением вредных газов при термообработке выше 250 оС помещение и установки необходимо оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией с фильтрами.
Политетрафторэтилен выпускают под названием фторопласт-4 (фторолон-4). Существует несколько разновидностей фторопласта-4 (фторопласт-4Д; фторопласт-40 и другие), которые отличаются формой и размерами частиц, молекулярной массой, методами переработки в из¬делие. Но основные физико-механические свойства их мало различаются.
Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3) - линейный термопластич¬ный полимер белого цвета со структурной формулой макромолекулы [-CF2-CFCl-]n. Политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ), медленно охлажденный после формования, имеет степень кристалличности 80-85 %, а зака¬ленный - 12-40 %. Введение атома хлора нарушает симметрию боковых групп звеньев макромолекулы, поэтому фторопласт-3 является полярным материалом. Диэлектрические свойства его снижаются по сравнению с ПТФЭ, но механические повышаются - увеличивается прочность, ударная вязкость, снижается относительное удлинение примерно в 10 раз, отсутствуют хладотекучесть (табл. 2.4).
Фторопласт-3 не горюч, атмосферно стоек, химически инертен, имеет низкую газо- и влагопроницаемость. Он стоек к действию растворов щелочей, сильных окислителей, кислот, газообразных фтора и хлора. При комнатной температуре ПТФХЭ не растворяется в органических растворителях, но набухает в тетрахлорэтилене, в эфире, ксилоне; растворяется в некоторых растворителях при температуре выше их температуры кипения, разрушается под действием распыленных щелочных металлов.
Диапазон рабочих температур ПТФХЭ составляет -195 +190 оС. При нагреве выше 260 оС снижается молекулярная масса, что приводит к ухудшению физико-механических свойств полимера. При нагреве выше 300-350 оС процесс деструкции резко возрастает с выделением токсичных газообразных продуктов. Поэтому изделия из фторопласта-3 перерабатывают в помещениях с хорошей приточно-вытяжной вентиляцией.
Немодифицированный и модифицированный ПТФХЭ применяется как изоляционный и конструкционный материал, работающий при больших механических нагрузках, чем ПТФЭ, в области низких частот.
Полиимиды (ПН) - это полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы циклическую имидную группу.



В зависимости от химического строения примыкающих к имидной группе радикалов ПИ могут быть ароматические, алифатические и амициклическими, а по структуре цепи - линейными и трехмерными т.е. с поперечными связями. Наибольшее практическое применение нашли ароматические линейные полимеры, благодаря их высоким физико-механическим свойствам в широком интервале температур. Строение этих полимеров представляется общей формулой



где Q и R - различные ароматические группировки: Q - диангидридный фрагмент макромолекулы, R - диамидный фрагмент макромолекулы.
Все синтезированные полиимиды разделяются на четыре группы, различающихся по химическому строению групп Q и R и по физическим свойствам, и в первую очередь по способности размягчаться и плавиться.
Группа А-ПИ, состоящая только из ароматических групп и имидных циклов. Это жесткие, хрупкие и неразмягчающиеся полиимиды.
Группа Б-ПИ, имеющая шарниры в диангидридном фрагменте Q. Это также хрупкие и неразмягчающиеся полимеры, обладающие небольшой эластичностью.
Группа В-ПИ, содержащая шарнирные атомы и группы в диаминном фрагменте R. Эти полимеры образуют жесткие, прочные и эластичные пленки. У них отсутствует четко выраженный стабильный температурный интервал плавления.
Группа Г-ПИ, содержащая шарнирные атомы и группы одновременно в диангидридном (Q) и диаминном (R) фрагментах полимерной цепи. Они эластичны при комнатной температуре, имеют четкую температуру размягчения, обладают наименьшей плотностью. Многие из них способны к кристаллизации, имеют четкие температуры размягчения и плавления кристаллической фазы.
Наибольшее распространение получили полиимиды группы В (полипирометиллитимиды), где в качестве диаминного фрагмента R присутствуют ароматические группировки и атомы кислорода и серы, являющиеся шарнирами. Это улучшает прочностные и адгезионные свойства ПИ без снижения термической стабильности.
Полиимиды относятся к наиболее термостойким органическим полимерам. Химическая деструкция наступает лишь при температурах выше 400 оС. Основными продуктами деструкции являются СО и СО2. Пленка, полученная из ПИ, не плавится и не разрушается до 800 оС. При 500 оС полиимидная пленка вдвое прочнее, чем пленка из полиэтилена при 20 оС, сохраняет полную эластичность после нагрева при 300 оС в течение 25-30 суток. Эмалированные провода с полиимидной изоляцией после нагрева при 300 оС через 10 суток могут изгибаться без растрескивания. Наряду с высокой нагревостойкостью ПИ обладают исключительной холодостойкостью - при охлаждении до 269 оС механические свойства их практически не меняются.
Полиимид является слабополярным материалом, так как r = 3,5, а tg = 610-4 - 1,610-3. Электрическая прочность и удельное сопротивление пленок высоки - при температуре 250 оС Епр составляет около 115 МВ/м, удельное сопротивление v равно 1011 Омм. Основные диэлектрические и физико-механические свойства ПИ приведены в табл. 2.4.
ПИ характеризуются хорошей стойкостью к органическим растворителям, маслам и разбавленным кислотам, плеснестойки, но не стойки к щелочам и перегретому пару, под действием которого они гидролизуются. В концентрированных кислотах (азотная и серная) полиимиды растворяются. Вода в обычных условиях на ПИ мало действует, даже при кипячении в воде полиимидная пленка сохраняет свою гиб¬кость.
Полиимиды чрезвычайно устойчивы к действию излучений высокой энергии. В условиях, когда большинство полимеров полностью разрушается, в ПИ происходят едва заметные изменения. Так доза -лучей в 1000 Мрад почти не снижает прочность ПИ и незначительно снижает эластичность. При этом облучение найлона такой же дозой практически приводит его к непригодности, а волокна из полиэтилентерефталата становятся непригодными после облучения в 500 Мрад. Кремнеорганические полимеры снижают механические свойства на 13 % после облучения дозой 1050 Мрад. Электрические характеристики ПИ менее чувствительны к радиации, чем механические.
Полиимид стабилен при нагреве в вакууме, поэтому его можно использовать как подложки гибких тонкопленочных коммутационных плат. Способность к травлению концентрированными щелочами позволяет получать малые отверстия диаметром 70-100 мкм - это используется для изготовления переходных отверстий в многослойных печатных платах на основе пленок ПИ. Для нанесения тонкопленочных проводников вакуумным напылением поверхность пленок ПИ активируют травлением концентрированной щелочи NaOH. Возможна активация поверхности ПИ в электронной плазме.
Полиимид применяется в качестве изоляционного и конструкторского материала, работающего при высоких температурах, стойкого против различных излучений и агрессивных сред. На основе ПИ выпускаются пленки, применяемые при изготовлении плоских кабелей, гибких печатных схем, многослойных печатных плат. Для изготовления установочных деталей, работающих при повышенных температурах, применяют ненаполненный и стеклонаполненный ПИ (полиалканимид АИ-1Г, АИ-ЭК-1), обладающий помимо высокой нагревостойкости повышенной прочностью и износостойкостью. Пластики на основе полиимидной связки с углеродным наполнителем имеют разрушающее напряжение при растяжении около 400 МПа.
На основе ПИ изготовляют лаки для изоляции обмоточных проводов (марка ПЭТ-имид), выдерживающих высокие температуры в течение нескольких лет.
Кроме полиимидов с линейными макромолекулами получены ПИ с пространственной структурой (термореактивные ПИ), на основе которых получены пресс-материалы с различными наполнителями. Такие пресс-материалы применяют для изготовления установочных деталей, работающих до температуры 250 оС.
Полисульфон – это слабополярный простой ароматический полимер, структурная схема макромолекулы которого имеет вид



Звенья макромолекулы -SO2- повышают стойкость полимера к нагреву, а звенья -О- и -С(СН3)2- уменьшают жесткость. Полисульфон имеет повышенную стойкость к окислению и нагревостойкость; стоек к действию кислот, щелочей и обладает маслостойкостью при повышенных температурах.
Основные свойства полисульфона приведены в табл. 2.4. Механические свойства стабильны в интервале -100 +150 оС. Электрические характеристики существенно не меняются до 170 оС.
Полисульфон применяется в виде пленок и для изготовления деталей (контактодержатели, основания печатных плат, цоколи), подвергающиеся воздействию повышенных механических и тепловых нагрузок.
Фенилон - это ароматический полиамид, который содержит фенильные радикалы, соединенные группами -NH-CO-. Фенилон представляет собой аморфный полимер, который при нагревании при 340-360 оС быстро кристаллизуется. Для него характерна высокая температура стеклования (Тст до 430 оС) и высокая температура химической и радиационной стойкости; растворим лишь в концентрированной серной, хлорсульфоновой кислоте. По сравнению с капроном обладает более высокой изностойкостью и сопротивлением усталости.
Благодаря высоким прочностным свойствам, нагрево-износо- и химостойкости, фенилон применяется для изготовления деталей, работающих при высоких температурах. Кроме того, он рекомендуется при изготовлении тонкостенных деталей с высокой точностью размеров.

2.4. Ударопрочные полимеры

Многие детали несущих конструкций радиоэлектронных средств, например носимой, возимой подвергаются действию динамических нагрузок. Поэтому конструкционные полимерные материалы наряду с высокой теплостойкостью, статической прочностью, жесткостью, технологичностью при переработке в изделие и низкой стоимостью должны обладать высокой стойкостью к ударным нагрузкам и усталостной прочностью. Большинство ненаполненных полимеров обладают низкой сопротивляемостью к динамическим нагрузкам, которая характеризуется ударной вязкостью. Повышенная ударная прочность достигается структурным модифицированием широко распространенных полимеров.
Большинство однофазных (аморфных) и двухфазных (аморфнокристаллических) полимеров с низкой степенью кристалличности, эксплуатируемых в стеклообразном состоянии (полистирол, поливинилхлорид и другие), обладает низкой или нестабильной устойчивостью к ударным нагрузкам. Для повышения ударной прочности полимеров без снижения других характеристик в них добавляют определенное количество эластичных полимеров, образующих эластическую дисперсную фазу в жесткой стеклообразной матрице линейного полимера. Такие полимеры с гетерофазной структурой получили название ударопрочных эластифицированных термопластичных полимеров. Оптимальный эластифицирующий эффект, т.е. максимальное увеличение ударной прочности без резкого снижения жесткости, статической прочности и теплостойкости, достигается при оптимальной структуре гетерофазного полимера - формы и размера частиц эластичной фазы, их объемной доли и характера распределения в жесткой матрице основного полимера, максимальной прочности частиц эластичной фазы и прочности их сцепления с матрицей. Все эти факторы определяются выбором типов эластифицирующих компонентов и условием их сочетания с основным полимером.
Ударопрочный полистирол. Полистирол является одним из самых дешевых и доступных полимеров, обладающих высокими технологическими свойствами при формообразовании из него изделий методом литья под давлением, высокими диэлектрическими параметрами (неполярный диэлектрик). Это аморфный полимер с нулевой степенью кристалличности с температурой стеклования Тст 90-110 оС, поэтому полистирол обладает наиболее низкой среди конструкционных термопластичных материалов ударной прочностью - стандартная ударная вязкость его не превышает 20 кДж/м2 при испытаниях образца без надреза и 2,5 кДж/м2 при испытаниях образца с надрезом. Это ограничивает применение его в изделиях, подвергаемых динамическим нагрузкам.
Ударопрочный полистирол получают методом полимеризации стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком.
Известны несколько марок ударопрочных полистиролов, отличающихся количеством эластифицирующих элементов и различных добавок (марки УПС, УПМ, УПК).
В табл. 2.5 приведены некоторые физико-механические свойства ударопрочного полистирола марок УПС-825 ТГ и УПМ-1003. Дополнительные данные о различных свойствах ударопрочных ПС различных марок можно узнать в /4/.

Таблица 2.5

Основные свойства ударопрочных полимеров

Показатели Ударопрочный ПС (УПС-825 ТГ, УПМ-1003) АВС-пластик (АВС-1106ЭАО, АВС-1002Т) ПК модифицированный (ПК-М-1)
1 2 3 4
Модуль упругости
при изгибе, Мпа 2000-2500 - -
Прочность, Мпа:
при растяжении 20-25 25-40 60-70
при изгибе 35-60 - 70-80
Относительное удлинение, % 15-35 20 20-60
Ударная вязкость, кДж/м2:
исходная, 30-60 70 101-135
с надрезом 6-9 8-9 20-56
v, Ом м; 1014 1014 1015
s, Ом 1013 1012 1016
при 106 Гц; 2,6-2,7 2,9 2,7-3,5
tg при 106 Гц 0,0003-0,0007 0,008 0,007-0,009

Продолжение табл.2.5

1 2 3 4
Епр, МВ/м 25 - 19
Теплостойкость по Мартенсу, oС 75-80 76-95 120-130
Водопоглощение за 24 ч.,при 20 оС, % 0,25 0,2 0,2
Интервал рабочих температур, oС -30+65 -60+90 -100+140

В ударопрочном полистироле по сравнению с блочным ПС снижается жесткость (модуль упругости при изгибе уменьшается с 2700 Мпа до 2100 МПа) и прочность (прочность на растяжение с 35 МПа до 25 МПа), однако увеличивается ударная вязкость исходная с 20 кДж/м2 до 60 кДж/м2 и ударная вязкость с надрезом с 2 кДж/м2 до 8 кДж/м2. При этом увеличивается относительное удлинение до 15-35 %.
С введением каучука снижается стойкость к окислению и УФ-излучению, но обычно ударопрочный полистирол стабилизируют введением антиоксидантов фенольного типа, двуокиси титана.
Ударопрочный ПС применяется для изготовления различных деталей высокочастотного оборудования, корпусов приемников, телевизоров, телефонов и других изделий радиоэлектронных средств.
АБС - пластики (акрилонитрилобутадиенстирольные пластмассы) - группа конструкционных полимерных материалов, аналогичных по строению ударопрочному ПС. Повышение ударной прочности достигается эластифицированием бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком. Он содержит 5-25 % бутадиенового или бутадиен-стирольного каучука, 15-20 % акрилонитрила и стирола. Некоторые диэлектрические и физико-механические свойства АВС приведены в табл. 2.5.
АБС-пластики - непрозрачные, обычно темноокрашенные пластмассы, обладающие высокой ударной вязкостью, прочностью, удовлетворительными диэлектрическими параметрами (, tg выше, чем в ударопрочном ПС), антистатическими свойствами и тропикостойкостью (в марках полимера ставится буква Т).
Применяются для изготовления деталей радиотехнического назначения, корпусов телевизоров, телефонов и других радиоэлектронных средств.
Поликарбонат модифицированный. Гетероцепные термопластические полимеры с низкой степенью кристалличности, к которым относится поликарбонат, и в условиях эксплуатации обладают большей ударной вязкостью, чем карбоцепные (см. табл. 2.3). Но с понижением температуры и при наличии концентраторов напряжения ударная вязкость их падает. Для повышения ударной вязкости с надрезом при сохранении жесткости, теплостойкости и статической прочности поликарбонат модифицируют различными добавками (фторопласт-42, двуокись титана, привитый сополимер АБС). Основные физико-механические свойства модифицированного ПК приведены в табл. 2.5.
Модифицированный ПК применяется для изготовления деталей РЭС сложной конфигурации, работающих при повышенных динамических нагрузках.

2.5. Композиционные, наполненные пластмассы

Композиционные, наполненные пластмассы представляют собой сложные композиции, состоящие из связующего вещества и наполнителя.
При производстве пластмасс в качестве связующих компонентов широко применяют фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнеорганические смолы, непредельные полиэфиры и их различные модификации, а также термопластичные полимеры (поликарбонат, полиамид, полиимид и другие). В качестве наполнителей используют разнообразные органические и неорганические материалы: целлюлоза, кварц, тальк, слюда, асбест, стекловолокна на основе бесщелочного алюмоборосиликатного стекла, углеродные волокна.
Особую группу наполненных материалов представляют пластмассы с листовым наполнителем, где в качестве наполнителя используются бумага, стеклоткань, ткань на основе капрона, лавсана.
Наполнители придают пластмассам высокую устойчивость к длительному нагружению, повышают статическую прочность и прочность к циклическим нагрузкам, стойкость к растрескиванию, жесткость и теплостойкость.

2.5.1. Смолы

Фенолоформальдегидные смолы (ФФС) - олигомерные продукты по¬ликонденсации фенола (C6H5OH) с формальдегидом (СН2О). В зависимости от соотношения фенола и формальдегида и условий поликонденсации образуются новолачные (термопластичные) или резольные (термореактивные) смолы.
Смолы новолачного типа получают поликонденсацией фенола (обычно 7:6) в присутствии кислот катализаторов. Они имеют линейную структуру. Новолачные олигомеры являются твердыми, хрупкими, прозрачными полимерами, которые растворяются в органических растворителях, плавятся при температуре 100-120 оС и не меняют своих свойств при длительном хранении и при повторных нагревах. Новолачная смола переходит в неплавкое и нерастворимое состояние (термореактивное) лишь при нагреве в присутствии отверждающих агентов, например, уротропина. Процесс отверждения при этом идет очень быстро, поэтому новолаки применяют в том случае, когда при переработке в изделия требуется высокая скорость отверждения. Феноформальдегидная смола новолачного типа без наполнителей, отвержденная при добавлении гексаметилентетрамина (уротропина), получила название карболита.



Смола резольного типа, которую называют бакелитом, получается поликонденсацией фенола с избытком формальдегида в присутствии щелочных катализаторов (едкий натр, едкий калий).
Резольные смолы в отличии от новолаков характеризуются пространственной структурой, в которой присутствуют свободные гидроксильные группы (-ОН) и метинольные группы (-СН2ОН). Резолы имеют следующее схематическое изображение:



Резольные смолы отверждают путем нагревания. Процесс отверждения проходит три стадии: А, В и С. Стадия А соответствует резолу, который при нагревании плавится и пребывает в вязкотекучем состоянии, растворим в органических растворителях. На стадии В (резитол) смола переходит из вязкотекучего состояния в высокоэластическое; в этом состоянии смола не плавится, а размягчается и под действием растворителей лишь набухает. Стадия С соответствует резиту, который представляет собой твердое вещество, неплавкое и нерастворимое. Следовательно, резит является типичным термореактивным полимером. Резит в чистом виде без наполнителей обладает высокой механической прочностью, стоек к действию большинства кислот, за исключением концентрированной серной кислоты H2SO4, бензину, маслам, но обладает высокой хрупкостью. При воздействии водных растворов щелочей или кипящих фенолов резиты медленно растворяются с разложением. Разложение резитов начинается при нагреве при 300 оС, оно сопровождается выделением фенола, бензола и других веществ; при больших температурах происходит обугливание.
Резольные смолы применяются для изготовления пластиков, пресспорошков, литых пластмасс, лаков, клеев.
Фенолоформальдегидные смолы, благодаря наличию в их молекулах гидроксильных групп -ОН, полярны, поэтому диэлектрические свойства их невысокие. Они обладают высокой механической прочностью, но низкой эластичностью. Диэлектрические и физико-механические свойства фенолоформальдегидной смолы приведены в табл. 2.6.
Для направленного изменения свойств ФФС используют метод модификации, который заключается в частичной или полной замене фенола амином, мочевиной, меланином.
При замене фенола амином С6Н5NH2 получают анилиноформальде¬гидные смолы. Их полярные свойства выражены слабее, так как группа NH2 менее полярна, чем группа -ОН; это способствует уменьшению гигроскопичности наполненных пластмасс.
Мочевиноформальдегидная смола является продуктом поликонденсации мочевины (CO(NH2)2 и формальдегида.
Меламиноформальдегидная смола получается в результате реакции поликонденсации меланина (C3H6N6) и формальдегида.
Таблица 2.6

Свойства смол без наполнителей

Показатели ФФС ЭП на основе ЭД-20 ПОС
1 2 3 4
Прочность, МПа:
при растяжении 50-60 80-90 20-45
при изгибе 84-120 90 -
Относительное удлинение, % 1,0-1,5 - -
Ударная вязкость, кДж/м2: 1,5-3,0 8-12 -
Ом м; 109- 1010 1012 1012-1014
при 10 Гц; 4,5-5,0 3,6-3,8 2,6-3,5
tg при 10 Гц 0,015-0,03 0,014-0,013 0,007-0,001
Епр, МВ/м 12-16 16-18 15-25
Дугостойкость плохая - -
Теплостойкость по Мартенсу, oС - 105-113 -
Водопоглощение за 24 ч, при 20 оС, % 0,1-0,2 0,25 0,1
Нагревостойкость 105-120 120-140 180-220

Эпоксидные смолы (ЭП) - это олигомеры или мономеры, содержащие в молекуле эпоксидные группы, обладающие высокой активностью и способные превращаться в полимеры пространственного строения. Эпоксидные смолы являются продуктами поликонденсации многоатомных фенолов и других соединений, в которых имеется эпоксидная группа. Наиболее распространена смола, получаемая при конденсации эпихлоргидрина глицерина (содержит эпоксидную группу) с дифе-нилолпропаном (диамином), называемая обычно диановой. Структурная формула диановой смолы имеет следующий вид



Эпоксидные смолы сами по себе не затвердевают и не обладают технически необходимыми свойствами. ЭП представляют собой вязкие жидкости, которые растворяются во многих органических растворителях (ацетон, толуол, хлорированные углеводороды и др.), не растворимы в воде, бензине, ограниченно растворимы в спиртах. Благодаря высокой реакционной способности эпоксидных групп ЭП сильно взаимодействуют с некоторыми веществами (отвердителями), в результате чего получается твердой полимер с пространственной молекулярной структурой.
Отверждение производится при комнатной или повышенной (90-140 оС) температурах. При этом получается полимер без пузырей, с малой усадкой, процесс отверждения не требует применения давления.
Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют алифатические полимеры в определенном количестве (5-15 %) от массы эпоксидного олигомера. Процесс отверждения длится в течение 24 часов.
Для горячего отверждения используются ароматические диамины, ангидриды карбоновых кислот и некоторые другие. Процесс отверждения происходит при температуре не ниже 100 оС в течение 4-16 ч. На свойства ЭП оказывают влияние тип отвердителя и соответствующие условия отверждения.
Некоторые физико-механические свойства ЭП приведены в табл. 2.6. Эпоксидные смолы имеют более высокие диэлектрические параметры по сравнению с фенолоформаль-дегидными смолами. Достоинством эпоксидов являются малая усадка, высокая смачивающая способность и адгезия к различным материалам, влагостойкость, механическая прочность, химическая стойкость и совместимость с другими видами смол. Широкое применение нашли модифицированные ЭП, получаемые путем химического взаимодействия эпоксидной смолы с кремнеорганической, фенолоформальдегидной и другими смолами.
Эпоксидные смолы как связующее вещество используют при изготовлении листовых слоистых пластмасс, пресс-материалов. Эпоксидные компаунды, обладающие малой усадкой при затвердевании, применяются для пропитки и заливки отдельных узлов радиоаппаратуры, для герметизации полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Кроме того, отвержденные некоторые эпоксидные смолы оптически прозрачны в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, благодаря этим свойствам они используются в оптоэлектронных приборах (фотоприемниках, светодиодах).
Кремнеорганические смолы (КО) относятся к промежуточным, переходным материалам от органических к неорганическим. Молекулы кремнеорганических смол с неорганическими главными цепями могут состоять из атомов Si и O (полиорганосилоксаны), атомов Si и N (полиорга-носилазаны), Si и S (полиорганосилтианы). Возможно и другое химическое строение главной цепи макромолекулы КО.
В полиорганосилоксаных в качестве боковых групп могут быть органические радикалы, например, метил (-СН3), этил(-С2Н5), фенил(-С6Н5). В соответствии с этим КО называют
полиметилсилоксанами, полиэтилсилоксанами и полифенилсилоксанами. Полиорганосилоксаны (ПОС) могут быть как термопластичными и иметь линейное строение, так (рис.2. 4 а) и термореактивными, т.е. образовывать пространственную структуру (рис. 2. 4 б).



Рис. 2.4.

Линейные ПОС с невысокой молекулярной массой М - вязкие бесцветные жидкости, с большой М - эластомеры. ПОС с пространственной структурой - твердые хрупкие стеклообразные вещества.
Силоксановая связь Si-O более прочна, чем связь С-С, что и определяет более высокую нагревостойкость и эластичность кремнеорганических полимеров по сравнению с большинством органических полимеров. Так, ПОС сохраняют эластичные свойства при 180 оС в течение 2000 ч, а при 220 оС - 150 ч. Жидкие полиметилсилоксаны, несмотря на то, что они имеют температуру плавления около 95 оС, нелетучи при высоких температурах и не перегоняются в вакууме. Некоторые ПОС, например полифенилсилоксан с наполнителем (алюминиевой пудрой), образуют пленки, стойкие в диапазоне температур от -60 оС до +550 оС.
Полиорганосилоксаны имеют высокую атмосферостойкость, светостойкость, озоно- и дугостойкость, стойкость к действию влаги, ультрафиолетового облучения, частиц высоких энергий и проникающей радиации.
Диэлектрические свойства ПОС выше, чем у эпоксидных и фенолоформальдегидных смол. Они мало изменяются при высокой относительной влажности, нагреве до 190-200 оС, а также при высоких частотах. Но по сравнению с ними полиорганосилоксаны имеют более низкие механические свойства, худшую адгезию к другим материалам, плохую стойкость к органическим растворителям и меньшую маслостойкость.
Полиорганосилоксаны выпускают в виде жидкостей, лаков, эластомеров и твердых продуктов.
Кремнеорганические смолы используют для приготовления композиционных материалов, на основе которых изготавливают радиотехнические детали, длительно работающие при высоких температурах (300-350 оС) и в условиях повышенной влажности, в условиях тропиков и стойкие против излучений. Компаунды на основе кремнеорганических смол с различными добавками применяются для герметизации узлов радиоэлектронной аппаратуры, полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Малая гигроскопичность и практическая несмачи-ваемость водой кремнеорганических соединений позволяет применять их для защиты пластмасс, керамики от действия влаги, делая их водоотталкивающими.

2.5.2. Наполнители

Наполнители улучшают прочностные свойства пластмасс, уменьшают усадку при формообразовании из них деталей, повышают стойкость к действию различных сред и эксплуатационные свойства материала. Все наполнители подразделяются на не¬органические (стекло, кварц, тальк, слюда) и органические, а каждая из этих групп на порошкообразные и волокнистые. Рассмотрим некоторые из них.
Стекловолокна изготавливают на основе бесщелочных алюмоборосиликатных стекол следующего состава: 53SiO2, 15Al2O3, 10Ba2O3, 17CaO, 4MgO, не более 0,4Na2O. Волокна изготавливаются диаметром 5-10 мкм; прочность таких волокон на разрыв составляет 2500-3000 МПа. Волокна имеют высокое значение удельного сопротивления ( 1015 Омм) и хорошие диэлектрические показатели ( = 4-5, tg = 0,001).
Как наполнители их применяют в виде измельченных стекловолокон, коротких нитей, длинных стеклянных нитей, отрезков стеклянных жгутов и стеклянных тканей. Применение стекловолокон в качестве наполнителей в различном виде повышают статическую и ударную прочность композиционных пластмасс, теплостойкость. Для высоконагревостойких пресс-материалов на основе кремнеорганических смол используют в качестве наполнителей стекловолокна на основе кварцевого стекла. Такие пресс-материалы кратковременно выдерживают температуру 600 оС.
Изделия из стеклянного волокна плохо работают при многократном изгибе и истирании; в композиции со смолами стойкость к изгибу и истиранию повышается. При нагревании до 250-300 оС волокон из алюмоборосиликатных стекол, особенно стеклянной ткани, прочность почти не меняется; значительное снижение наблюдается выше 300 оС. Прочность кварцевых волокон при этой температуре практически не меняется.
Волокна и стеклоткани из алюмоборосиликатного стекла достаточно стойки к действию горячей воды и пару - по гидролитической классификации алюмоборосиликатное стекло относится к "стеклам, не изменяемым водой".
Стеклянные волокна и ткани из бесщелочного стекла нестойки к действию кислот - под действием кислот происходит растворение его компонентов и остается кремнеземистый каркас. Высокой стойкостью к действию различных кислот, за исключением плавиковой, обладают волокна из кварцевого стекла.
Кварц - минерал, двуокись кремния SiO2. В композиционных пластмассах применяется молотый кварц (мелкодисперсный). Композиционные пластмассы с наполнителями из молотого кварца помимо высокой прочности имеют повышенные диэлектрические параметры.
Слюда представляет собой группу минералов, отличающихся ярко выраженной слоистой структурой и высокой анизотропией свойств. В радиотехнических изделиях в основном применяются два вида слюды: мусковит, химический состав которого соответствует приближенной формуле K2O3Al2O36SiO22H2O, и флогопит, имеющий химическую формулу K2OMgOAl2O3SiO22H2O. Кроме того в слюды могут входить соединения железа, кальция, натрия и другие.
Мусковит представляет собой бесцветные пластинки изредка с розоватым или зеленоватым оттенком, температура плавления его 1230 оС. Флогопиты окрашены в более темные тона от янтарного до коричневого и черного; температура плавления их 1270 оС. По электрическим и механическим свойствам мусковит лучше, чем флогопит (табл.2.7).

Таблица 2.7
Свойства слюды

Показатели Мусковит Флогопит
1 2 3
Разрушающее напряжение, МПа:
при растяжении параллельно (001), 200-300 160-250
перпендикулярно (001) 220-300 80-160
tg на частоте 106 Гц 0,0003 0,0036
на частоте 106 Гц 6-8 5-7

Продолжение табл.2.7

1 2 3
Епр, МВ/м 14 12
, Ом м 1012-1016 1011-1012

Приведенные в табл. 2.7 электрические параметры слюд относятся к случаю, когда электрическое поле перпендикулярно плоскости пластин. При направлении электрического поля вдоль плоскости пластин свойства значительно хуже.
Слюда сохраняет свои механические и электрические свойства при нагреве до нескольких сот градусов. При достижении определенной температуры из слюды начинает выделяться входящая в ее состав вода, что сказывается на снижении механических и электрических свойств, прозрачность слюды при этом ухудшается. Обезвоживание мусковитов происходит в основном в интервале температур 760-900 оС, флогопитов в интервале 1100-1200 оС. Флогопиты более нагревостойки, чем мусковиты.
Кроме слюды минерального происхождения существуют синтетические слюды - фторфлогопиты, в которых гидроксильные группы, присутствующие в природных флогопитах, заменены ионами фтора. Флогопиты обладают лучшими электрическими свойствами, чем природные, более высокой химической стойкостью, нагревостойкостью и радиационной стойкостью.
Слюда в измельченном виде (молотая слюда) используется в качестве наполнителя жаростойких пресс-материалов. Прессованная смесь из порошкообразной слюды и стекла (микалекс) применяется для производства деталей мощных радиопередатчиков, как дугостойкий материал в электрических установках. Мусковит наивысшего качества (образцовая конденсаторная слюда) используется для изготовления измерительных конденсаторов. Склеенные листовые материалы на основе пластинок слюды (миканиты, слюдиниты, слюдопласты) широко используются в качестве изоляционных и прокладочных материалов в электротехнической промышленности.
Асбест представляет собой минерал, обладающий волокнистым строением. В качестве наполнителей пластмасс в основном применяется один из разновидностей асбестов - хризолитовый. Он представляет собой водный силикат магния, соответствующий химической формуле 3MgO2SiO22H2O, с примесями Fe2O3, Al2O3 и др. Хризотиловый асбест при механическом воздействии легко расщепляется на тонкие волокна, длина которых колеблется от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Асбест обладает малой теплопроводностью и электропроводностью, негорюч, огнестоек, плавиться начинает при температуре выше 1150 оС.
Асбест стоек против действия щелочей, но реагирует с кислотами. Он обладает заметной гигроскопичностью, которая уменьшается при пропитке смолами. В состав асбеста входит химически связанная вода, выделение которой начинается примерно при температуре 300-500 оС, при этом изменяется его кристаллическая структура. Механическая прочность асбестовых волокон достигает 30-40 МПа, но при длительном нагреве выше 380 оС прочность их падает. Волокнистый асбест совместно с другими наполнителями (слюдой, стекловолокнами) применяется для изготовления жаростойких и ударопрочных низкочастотных пресс-материалов, так как диэлектрические свойства его невысоки.
Тальк - минерал, представляющий собой водный силикат магния 3MgO4SiO2H2O. Это белый камень чешуйчатого строения, очень мягкий, хорошо размалывается в тонкий порошок. Температура плавления талька находится в пределах 1200-1600 оС. Применяется в качестве наполнителя в измельченном виде для изготовления пресс-материалов общего назначения и литьевых пресс-материалов (для изготовления деталей литьем под давлением).
Органические наполнители представляют собой природное вещество - целлюлозу (клетчатку). Целлюлоза является высокомолекулярным соединением, имеющим формулу (С6Н10О5)n, где n находится в пределах 1000-2000. Молекулы целлюлозы имеют линейную структуру, характеризующуюся волокнистым строением и наличием продольных капилля¬ров. Наличие большого количества гидроксильных групп в макромолекулах целлюлозы и пористости определяют высокую гигроскопичность, низкие диэлектрические свойства. С другой стороны волокнистость и капиллярность целлюлозы создает благоприятные условия для хорошей пропитываемости связующими веществами (смолами) и получению одно¬родной структуры пластмасс.
Целлюлозу изготавливают из древесины, в основном хвойных пород, она имеет длинные волокна (размером 1-4 мм), что обеспечивает высокие механические свойства материала. Древесная мука применяется в качестве наполнителей в пресс-материалах общего назначения и в ударопрочных пластмассах. В древесной муке кроме целлюлозы присутствуют и нецеллюлозные компоненты: минеральные соли, смолистые вещества, лингин – органическое вещество, которое характеризуется наличием фенольных групп в макромолекулах. Электроизоляционная бумага, изготовленная на основе сульфатной полубеленой целлюлозы, является листовым наполнителем в обыкновенных и фольгированных гетинаксах.

2.5.3. Пластмассы с порошковыми и волокнистыми
наполнителями

Пластмассы с порошковыми и волокнистыми наполнителями предназначены для переработки их в изделия прямым и литьевым прессованием, литьем под давлением. Поэтому эти пластмассы обычно называют пресс-материалами или реактопластами, так как при переработке в изделия смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, становятся термореактивными.
В зависимости от типа связующей смолы пресс-материалы подразделяются на следующие группы: фенопласты (на основе фенолоформальдегидной смолы), аминопласты (на основе мочевино- и меламиноформальдегидных смол), эпоксидные пресс-материалы, кремнеорганические и полиимидные пресс-материалы.
Большинство пресс-материалов перерабатываются в изделия методом прямого прессования и литьевого прессования. Для изготовления деталей методом литья под давлением в основном используются литьевые фенопласты, где в качестве связующего материала служит новолачная фенолоформальдегидная смола, которая в присутствии катализаторов (например уротропина) отверждается значительно быстрее, чем резольная.
Механические, электрические свойства, а также термостойкость и влагостойкость пресс-материалов определяются сочетанием типа связующей смолы и наполнителей. Большинство пресс-материалов обладают низкими диэлектрическими характеристиками ( = 4-10, tg = 0,1-0,02), поэтому они используются для изготовления различных низкочастотных деталей РЭС.
Исключение составляют некоторые кремнеорганические и полиимидные пресс-материалы, имеющие высокие диэлектрические показатели ( = 2,8-3,5, tg = 0,01-0,001). В качестве наполнителя в них служит измельченное бесщелочное алюмоборосиликатное стекло или минеральный наполнитель (молотая слюда и кварц). Комбинации компонентов и наполнителей позволяют получить большое количество пресс-материалов различного назначения.
Пресс-материалы на основе фенолоформальдегидной смолы подразделяются на фенопласты общего назначения, фенопласты электроизоляционные, фенопласты влагохи-мостойкие, фенопласты жаростойкие, фенопласты ударо-прочные.
Фенопласты электроизоляционные типа Э1-340-02, Э3-340-65 применяют для изготовления низкочастотных каркасов катушек индуктивностей, трансформаторов, дросселей, работающих при повышенных температурах во влажных условиях. В качестве наполнителей в них используются слюда молотая и кварцевая мука.
Фенопласты ударопрочные АГ-4В, АГ-4С, где в качестве наполнителей используются стекловолокна в виде пучков и отдельных нитей, применяются при изготовлении различных армированных и неармированных низкочастотных установочных деталей (каркасы катушек, трансформаторов, кронштейнов, корпусов), подвергающихся высоким ударным нагрузкам.
Эпоксидные пресс-материалы благодаря высокой нагревостойкости и удовлетворительным диэлектрическим свойствам применяются при герметизации элементов радиоэлектронной аппаратуры. Пресс-материал марок ЭКП-200, ЭКП-С используют при герметизации полупроводниковых приборов и интегральных микросхем; СП-30 - различных электронных узлов. В этих материалах наполнителем служит дисперсный минеральный наполнитель или измельченное бесщелочное стекловолокно.
Кремнеорганические пресс-материалы с минеральным наполнителем или на основе измельченного стекловолокна обладают повышенной нагревостойкостью (до 250-300 оС), водостойкостью и высокими диэлектрическими параметрами; не вызывают коррозии меди и ее сплавов, алюминия, серебра. Они применяются для изготовления различных установочных деталей радиотехнического назначения, работающих при повышенных температурах и высоких частотах. Недостаток этих мате¬риалов - более низкая механическая прочность по сравнению с другими пресс-материалами. Кремнепласт марки