ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

ПОЛИМЕРБЕТОНЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Известно, что диэлектрические характеристики боль­шинства полимерных материалов обусловлены их моле­кулярной и надмолекулярной структурой (табл. 30).

Диэлектрики на основе полимеров в основном приме­няют в виде наполненных термопластов или паст и ма­стик на основе термореактивных олигомеров для изготов­ления сравнительно легких деталей и изделий. Макси­мальная степень наполнения таких композиций в боль­шинстве случаев не превышает 40—50%.

Новое и весьма перспективное направление — созда­ние специальных видов полимербетонов, отвечающих по диэлектрическим свойствам современным требованиям научно-технического прогресса. Использование в их со­ставе соответствующих олигомеров, отвердителей и на­полнителей с оптимально подобранным зерновым со­ставом способствует получению полимербетонов с высо­кими физико-механическими, диэлектрическими свойст­вами и химической стойкостью. В этом случае полиме­ры наиболее эффективны, так как степень наполнения повышается до 85—90%, материал приобретает конст­рукционные свойства, из него можно изготовлять круп­ногабаритные изделия и конструкции.

Следует иметь в виду, что у полимербетонов высокая степень наполнения минеральными наполнителями и за­полнителями существенно изменяет характер диэлек­трических потерь. Как уже отмечалось, введение в си­стему минеральных наполнителей и заполнителей при­водит к образованию характерных видов надмолекуляр­ных структур полимерного связующего. В таких компо­зициях появляются электрические потери, связанные с существующей неоднородностью полимербетонных сме­сей, и структурные потери — следствие некоторой поля­ризации молекул связующего вблизи поверхности на­полнителей и заполнителей. Поэтому одной из важней­ших задач, связанных с подбором составов полимербе­тонов с высокими диэлектрическими параметрами, яв­ляется изыскание путей, способствующих уменьшению влияния вышеперечисленных факторов на диэлектричес­кие и физико-механические свойства таких высоконапол - ненных композиций-

Рациональное применение полимербетонов как эф­фективных диэлектриков связано не только с разработ­кой соответствующих составов и знанием их диэлектри­ческих параметров, но и с необходимостью тщательного изучения закономерностей изменения их свойств в зави­симости от технологии изготовления, режимов тепловой обработки и условий эксплуатации.

Известно, что у диэлектриков и полупроводников, по­мещенных в электрическое поле, происходит поляриза­ция (смещение) заряженных частиц (атомов, молекул, ионов). Такое смещение у диэлектриков хотя и незна­чительно, но весьма важно для характеристик таких материалов. Поляризация создает дополнительное элек­трическое поле в материале, силовые линии которого направлены против линий внешнего электрического по­ля и ослабляют их. Кроме того, в результате трения частиц друг о друга поляризация сопровождается по­терями энергии поля и вызывает дополнительные поте­ри, приводящие к тому, что молекулы не успевают ори­ентироваться за внешним полем и поляризация отстает от него. Смещение орбит и угол поворота полярных мо­лекул будет тем больше, чем больше напряженность электрического поля Е. Количество смещений орбит и поворотов диполей в единицу времени будет непосред­ственно связано с частотой колебаний электрического поля /. Следовательно, основными параметрами элек­трического поля являются напряженность Е (кВ/см) и частота / (МГц). В то же время в одном и том же элек­трическом поле с определенной частотой у разных мате­риалов будут разные потери, которые непосредственно зависят уже от свойств самого материала - Основные электрические параметры, определяющие свойства ди­электрического материала — диэлектрическая проница­емость є, тангенс угла диэлектрических потерь tg6 и электросопротивление R. Чем меньше е и tg6 и выше R, тем лучше диэлектрические характеристики данного материала. Таким образом, задача создания новых ви­
дов диэлектриков сводится к получению таких материа­лов, у которых при сохранении высоких физико-механи­ческих характеристик диэлектрическая проницаемость є и tg6 будут иметь минимально возможные значения.

При разработке составов полимербетонов с высокими диэлектрическими параметрами в качестве полимерного связующего были опробованы карбамидные, фенолофор - мальдегидные, полиэфирные, фурановые, эпоксидные и другие смолы в сочетании с различными минеральными наполнителями (табл.31).

Таблица 31. Диэлектрические параметры полимерных связующих и минеральных наполнителей

Тангенс угла диэлектриче­ских потерь tg6

Фурановая смола[8]

Эпоксидная смола ЭД-16 Фураново-эпоксидная смо­ла (40 : 60) Щебень гранитный** Песок кварцевый Керамзит Андезитовая мука Фенольная смола Полиэфирная смола ПН-1

Хорошие характеристики оказались также у тяже­лых полимербетонов на фурановой смоле ФАМ и фура - ново-эпоксидном компаунде ФАЭД. При весьма высоких прочностных показателях в сухом состоянии их диэлек­трические параметры примерно одинаковы, а после 30- суточного водонасыщения полимербетоны на основе связующего ФАЭД практически не изменили диэлект­рических характеристик, тогда как у полимербетонов на основе фуранового связующего значения tg6 увеличи­лось в 5 раз (см. табл. 32) [70, 79].

Исходя из характера изменения диэлектрических па­раметров этих трех видов полимербетонов в зависимости от длительности выдержки в воде можно сделать вывод, что легкие полимербетоны ФАМ могут эксплуатировать­ся только в сухих условиях или они должны быть надеж­но защищены водостойкими непроницаемыми для воды покрытиями. Тяжелые полимербетоны ФАМ менее чув­ствительны к действию воды, но при длительной эксплу­атации во влажных условиях они также требуют надеж­ных защитных покрытий. У полимербетонов ФАЭД мак­симальные прочностные характеристики и стабильные диэлектрические параметры и они не требуют защитных покрытий.

Ухудшение свойств полимербетонов при увлажнении имеет обратимый характер. При удалении влаги диэлек­трические параметры восстанавливаются [79].

Разработанные составы полимербетонов с высокими - диэлектрическими параметрами отвечают современным требованиям, расширяют номенклатуру материалов, ис­пользуемых в электро - и радиотехнической промышлен­ности, они эффективны для изготовления различного вида изоляторов, кабельных муфт, распределительных щитов, траверс для опор электропередач и т. д. (рис - 17).