Электроизоляционные полимеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего и среднего образования Республики Узбекистан

ТашГТУ имени Абу Райхана Беруни

Самостоятельная работа

по предмету: Электротехнические материалы

Электроизоляционные полимеры

Проверил: Ахмедов О.Ш.

Выполнил: Икрамов А.А.

группа: 68-14 ЕЕ

Ташкент 2015 год

Содержание

полимер диэлектрический физический изоляционный

1. Общие понятия

2. Получение полимеров

3. Полимеризация

4. Относительная диэлектрическая проницаемость полимеров

5. Неполярные полимеры

6. Полярные полимеры

7. Применение полимеров

8. Полимерные изоляторы

9. Полимерная изоляция

10. Основные свойства некоторых полимеров

Список использованной литературы

1. Общие понятия

Слово полимер буквально означает “много частей (сегментов)”. В отличие от простых (низкомолекулярных) веществ, состоящих из молекул, полимеры и олигомеры построены из протяженных цепочек атомов - макромолекул. Для большинства полимеров повторяющимся элементом (мономерным звеном) - (М)- является небольшая группа атомов. Мономеры - вещества с неустойчивыми кратными связями, при “раскрытии” которых образуются полимеры. Молекулярная масса полимера определяется как произведение молекулярной массы повторяющегося звена на степень полимеризации: Mn = M*n, где n - степень полимеризации

Макромолекула представляет собой молекулу низкомолекулярного аналога - мономера, - соединенного с другими такими же молекулами n раз простыми химическими связями.

Схематически получение полимера можно представить в виде:

n M ??> (-M-)_n

мономер полимер

Пример:

n CH2 = CHCl ? (CH2- CHCl)_n

винилхлорид поливинилхлорид

Термин полимер используется, если число мономерных звеньев n достаточно велико: n > 100.

Для большинства реальных полимеров n = 10³-10⁴. Если n = 10-100, такие вещества называют олигомерами. Они занимают промежуточное положение по физическим и химическим свойствам между полимерами и простыми веществами.

2. Получение полимеров

Основными методами получения полимеров являются:

· полимеризация

· поликонденсация

· химическая модификация полимеров, т.е. изменение молекулярного строения полимеров в результате химической реакции.

Следует подчеркнуть, что в первых двух случаях полимеры получают из мономеров, в третьем - из уже имеющегося полимера.

Процесс полимеризации и процесс поликонденсации проходят следующие стадии:

1) образование активных центров или зарождение цепи,

2) рост цепи,

3) обрыв цепи.

3. Полимеризация

Полимеризацией называется процесс образования макромолекул путем последовательного присоединения молекул мономеров М к активному центру М растущей макромолекулы. При этом активный центр переходит во вновь присоединенное звено.

А = М--М1+ М2 ?М--М1--М2* М--М1--М2+ М3 ?М--М1--М2--М1

В = М--М1--...--Мn+ Мn +1 ?М--М1--...--Мn--М n+1

Если промежуточные продукты присоединения, образующиеся в процессе полимеризации, стабильны и могут быть выделены на каждом этапе присоединения новых мономерных звеньев, реакция полимеризации называется ступенчатой. Для цепной полимеризации характерно образование нестабильных, существующих только в течение короткого периода времени промежуточных продуктов присоединения, которые не могут быть выделены из хода реакции.

В зависимости от природы активного центра различают:

· радикальную полимеризацию, в которой активным центром является свободный радикал;

· ионную полимеризацию, в которой активным центром является ион. В зависимости от заряда иона различают анионную и катионную полимеризацию.

Реакция присоединения нескольких молекул одного мономера называется реакциейгомополимеризации.Еслиполимеризоватьсмесь двухи более мономеров ,каждая макромолекула будет содержать звенья различных мономеров и такой вид синтеза называется сополимеризацией.

4. Относительная диэлектрическая проницаемость полимеров

Для большинства полимеров степень полимеризации больше ста, поэтому влиянием концевых групп в большинстве случаев можно пренебречь. Основное ограничение на подвижность сегмента налагается его химическим связями с полимерной цепью и сильное внутримолекулярное упорядочение, или корреляция сегментов вдоль цепи может формально учитываться введением внутримолекулярного g? фактора. Ниже будут приведены примеры использования этого общего подхода, но вначале изложим ряд простых основополагающих принципов, позволяющих понять физическую природу диэлектрических свойств полимеров.

5. Неполярные полимеры

Рассмотрим типичный неполярный полимер, например, полиэтилен, CH3-(CH2)n- CH3. Плотность полиэтилена в твердом состоянии варьируется от 0,92 до 0,99 Mгм3 и зависит от степени разветвления основной цепи, в свою очередь определяющей степень кристалличности полимера. Проверим на этом примере справедливость соотношения

Клаузиуса-Мосотти. Используя известные значения поляризуемости связей, соотношение Клаузиуса-Мосотти для набора CH2 групп.

Измерения подтверждают линейный характер зависимости диэлектрической проницаемости от плотности. Более того, согласие экспериментального значения K 0,326 с расчетным 0,327 следует признать очень хорошим.

6. Полярные полимеры

Случай, когда в структуре полимера имеются постоянные диполи, может быть разделен на два: в первом полимерная цепь вместе с боковыми группами жестко закреплена в одной конформации, а во втором основная цепь обладает гибкостью и боковые группы свободно вращаются. Первый случай в большей степени характерен для кристаллического состояния, чем для аморфного или жидкого, хотя могут быть ситуации, когда одна из конформаций является настолько энергетически выгодной, что сохраняется и в некристаллических состояниях.

Если конформация полимера жестко закреплена, результирующий момент молекулы будет определяться тем, складываются или вычитаются моменты отдельных сегментов. Для политетрафторэтилена в вытянутой конфигурации большие дипольные моменты чередующихся CF2? групп точно уравновешиваются, и по этой причине диэлектрическая проницаемость такого полимера низка, как и для неполярного полимера. Однако в конформации молекулы всегда имеют место дефекты (для спиральных конформаций, типичных для кристаллической фазы этого полимера дипольные моменты также уравновешиваются), ответственные за небольшие эффекты дипольной ориентации, которые поддаются измерению. Напротив, дипольные моменты C-Cl- групп поливинилхлорида складываются в предпочтительной конформации плоского зигзага, так что диэлектрическая проницаемость этого полимера высока.

Рис. 1. Схема расположения полярных групп в полимерной цепи: (a) уравновешенные диполи, (b) аддитивные диполи

Уникальный аддитивный эффект наблюдается для некоторых синтетических полипептидов, например поли?2?бензил?L?глютамата, имеющего структурную формулу (- CO-CHR-NH-)n, где

R = ?CH2?CH2?COO?CH2?C6H5.

В растворе это соединение принимает конформацию п?спирали, стабилизируемую водородными связями, при этом дипольный аксиальный момент повторяющегося звена равен 4,14 x 10?30 К м. При типичной молекулярной массе 500000, полный аксиальный дипольный момент молекулы составляет величину 10 000 x 10?30 см.

7. Применение полимеров

8. Полимерные изоляторы

Полимерные (композитные) изоляторы состоят из стержня, определяющего механическую и электрическую прочность изолятора, на который опрессовываются металлические оконцеватели, обеспечивающие соединение изолятора с проводами и элементами опор ВЛ при помощи линейной арматуры. Как правило стержень изготавливается из смолы, армированной стекловолокнами. Для защиты от воздействия различных климатических факторов и создания необходимой длины пути утечки, на стержень наносится оболочка, выполненная из полимерных материалов. Оболочка может состоять из отдельных элементов (юбок), смонтированных на стержне или из оболочки, отлитой цельно на стержне. Также полимерная оболочка может наносится на промежуточный слой, улучшающий адгезию материала оболочки и материала стержня.

Отличие полимерных изоляторов от стеклянных и фарфоровых изоляторов:

1. Полимерные (композитные) изоляторы до 10 раз легче чем фарфоровые и стеклянные, что делает их более удобными в транспортировке и монтаже;

2. Обеспечена большая электрическая прочность за счет гидрофобности оболочки;

3. Исключена необходимость трудоемкой сборки гирлянд;

4. стойки к вандализму;

5. создают более низкий уровень радиопомех;

Рис. 2. Опорный полимерный изолятор с емкостным делителем ОЭД-10-4 УХЛ2 совместно с индикатором напряжения

9. Полимерная изоляция

Полимерные материалы широко применяются для изоляции токонесущих металлических жил, одиночных и из скруток, для изготовления многожильных проводов и кабелей и др. Совершенствование технологии нанесения полимерной изоляции позволяет изготавливать провода и кабели с многослойными покрытиями, что существенно расширяет эксплуатационные возможности изделий. В качестве изоляционных материалов используют ПВХ, ПП, ПА и ряд других термопластов. Принципиальная технологическая схема наложения полимерной изоляции на металлическую жилу такова. Металлическая жила (медь, алюминий, сплавы цветных металлов) с отдающего (раскаточного) барабана поступает на правильное устройство, устраняющее неровности жилы, и далее -- на узел предварительного (до Т= 90-100 °С) нагрева и затем в угловую кабельную головку экструдера , в которой и происходит формирование изолирующего покрытия. Вышедшая из головки изолированная жила, охлажденная в ванне, поступает в камеру контроля сплошности изоляционного слоя.

Проверенный провод проходит через барабан тянущего устройства и наматывается на приемную бобину. Толщина наносимой изоляции регулируется диафрагменным устройством.

Рис. 3. Многопарный кабель

10. Основные свойства некоторых полимеров

Полимерам свойственны, как аморфные, так и кристаллические состояния. Для кристалличесих полимеров необходимо наличие в их структуре регулярных, достаточно длинных участков макромолекул. Кристаллические полимеры часто являются местом зарождения разнообразных надмолекулярных структур, к примеру, фибрилл, сферолитов, монокристаллов и т.д. Типы этих структур в значительной мере влияют на свойства полимерного материала. Незакристаллизованные полимеры реже образуют надмолекулярные структуры и могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластическом. Эластомеры, полимеры, способны переходить из стеклообразного в высокоэластическое состояние при низкой температуре. Пластики, наоборот, для этого требуют высокой температуры.

Основные показатели некоторых полимеров.

Таблица 3.

Список использованной литературы

1."Производство изделий из полимерных материалов" ред. В.К. Крыжановского, изд. Профессия, Спб 2004.

2. Бартенев Г.В., Зеленев Ю.В. Физика полимеров. М., Высшая школа, 1982.

3. Э.Р. Блайт, Д. Блур. Электрические свойства полимеров, 2008.

4. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров. Москва. ИЛ. 1980

Размещено на Allbest.ru