Смолистые диэлектрики – это обширная группа веществ, представляющих собой естественные и искусственные смеси органических веществ. В большинстве случаев это высокомолекулярные соединения, обладающие такими общими признаками, как способность размягчаться и даже плавиться при нагревании. Способны растворяться в тех или иных органических растворителях и не растворяться в воде. Большинство смол при нормальной температуре более или менее хрупки в толстом слое и сравнительно гибки в тонкой пленке. По тепловым свойствам смолы подразделяются на термореактивные и термопластичные. Последние с повышением температуры нагрева плавятся и при повторных нагревах не теряют этой способности. Смолы, которые при нагревании плавятся, а затем затвердевают и теряют способность плавиться при повторном нагреве, становятся нерастворимыми и называются термореактивными.
Резко выраженной температуры плавления смолы не имеют, они мало гигроскопичны, растворимы во многих растворителях, поэтому широко применяются для изготовления лаков. Обычно смолы обладают клейкостью. По происхождению они делятся на естественные и синтетические (искусственные).
Естественные смолы-диэлектрики
Шеллак – смола красновато-коричневого цвета в виде тонких, хрупких пластинок – чешуек, является диэлектриком. Растворим в растворах соды, щелочей, буры, не полностью – в спирте, масле, эфире, ацетоне. Обладая высокой клейкостью, прочно склеивает различные материалы. Шеллак – термореактивное вещество, при продолжительном нагреве запекается (Tзап = 115 °C), становится неплавким и нерастворимым. Tразм = 50–60 °C; Tпл = 92–115 °C; Eпр = 12–24 кВ/мм.
Экономически шеллак невыгоден и вполне может быть заменен искусственными смолами.
Канифоль – вещество, получаемое из натуральной сосновой смолы, является диэлектриком. При обычной температуре тверда, отличается хрупкостью, имеет стекловидный излом, легко размельчается в порошок, цвет – от светло-желтого до коричневого, в зависимости от качества очистки. Канифоль растворима в бензоле, спирте, минеральном масле, скипидаре, растительном масле. Применяется для изготовления заливочных масс, масляных лаков и в качестве флюса при бескислотной пайке в электрических схемах Tразм = 60–70 °C; Tпл = 100–130 °C.
Асфальт – природное ископаемое (битум), может быть причислен к группе смол, так как схож с ними по ряду свойств, является диэлектриком. При низкой температуре он тверд и хрупок, цвет черный. Растворим в бензоле и толуоле, маслостоек, почти негигроскопичен. Термопластичен. Температура размягчения зависит от качества очистки (50–100 °C).
Электроизоляционные свойства асфальта хорошие: Eпр = 10–30 кВ/мм. Стоимость невысокая, поэтому широко применяется в качестве заливочных масс и при изготовлении лаков.
Искусственные (синтетические) смолы-диэлектрики
Лавсан – синтетическая смола, является диэлектриком. В зависимости от охлаждения может быть прозрачной, термостойкой или непрозрачной. Tраб до 150 °C. Отличается высокой механической прочностью, в связи с чем используется для производства пленок. Электрическая прочность высокая: Eпр > 102 кВ/мм; ε = 3,5. Лавсан используется в электромашиностроении и при изготовлении конденсаторов. Растворим в дихлорэтане, углеводородах, эфире и муравьиной кислоте.
Эпоксидные смолы находят применение как клеящее вещество, для изготовления лаков и компаундов, является диэлектриком. Отличаются высокой влагостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Tразм = 120 °C.
Глифталь – термореактивная синтетическая смола с высокой температурой затвердения (около 150 °C), устойчива к действию многих растворителей, является диэлектриком. Растворима в смеси спирта с бензолом и в ацетоне. Обладает высокими электроизоляционными свойствами: Eпр = 16–25 кВ/мм. Получают путем конденсации глицерина и фталевого ангидрида. Отличается высокой клейкостью и находит применение для изготовления различных лаков.
Бакелит – термореактивная искусственная смола красновато-коричневого цвета, получают при конденсации фенола или креозола с формальдегидом, является диэлектриком. Различают три стадии состояния бакелита.
Стадия A (резол) – легко растворим в спирте, эфире, ацетоне. Обладает большой клейкостью. Электроизоляционные свойства низкие по причине остатков свободного фенола и воды катализатора. Применяют при изготовлении лаков.
Стадия B (резитол) – промежуточный твердый продукт, получаемый при нагревании бакелита стадии А. По консистенции напоминает резину, в спирте нерастворим, а ацетоне набухает.
Стадия C (резит) – окончательный продукт, получаемый при нагревании бакелита стадии B до 140 °C. Твердый, нерастворим в обычных растворителях, отличается высокой механической и электрической прочностью; Eпр = 15–25 кВ/мм, хорошо обрабатывается, обладает большой кислотостойкостью. Водопоглощаемость 0,1%. Являясь хорошим диэлектриком, применяется при изготовлении разнообразных электроизоляционных материалов. Может быть использован в качестве конструкционного материала.
Полихлорвинил получается при полимеризации газообразного продукта хлорвинила, является диэлектриком. Обладает хорошими изоляционными свойствами; Eпр = 20 кВ/мм. Влагостойкость высокая, но легко смачивается. Нагревостойкость низкая: Tразм = 70 °C. Действию щелочей, кислот, спирта, бензина и масла не подвержен. Применяется для изготовления изоляционных трубок, пленок и липких изоляционных лент, а также для получения листового материала – винипласта.
Поливинилацетатные смолы получают путем полимеризации винилацетата, являются синтетической смолой, диэлектрики. Они прозрачны, термопластичны. Применяются для изготовления лаков. Большое применение находит винилит, который отличается высокой температурой размягчения, 130–160 °C и низкой гигроскопичностью.
Так же широко применяются акриловые смолы. Они стойки к действию кислот, щелочей, масла и спиртов. Применяют их для изготовления пластмасс.
Органическое стекло (плексиглас) – твердая прозрачная искусственная смола, содержащая виниловые соединения, является диэлектриком. Обладает хорошей химической стойкостью. Электроизоляционные свойства удовлетворительны. Нагревостойкость низкая. Механически хорошо обрабатывается, в нагретом состоянии поддается давлению. Применяется в качестве конструкционного материала; Eпр = 20 кВ/мм.
Полистирол – твердое, бесцветное вещество. Растворим в бензоле, толуоле и частично в ацетоне. Стоек к действию кислот и щелочей, является диэлектриком. Электроизоляционные свойства высокие: Eпр = 25–40 кВ/мм. Диэлектрическая проницаемость (ε = 2,8) и угол диэлектрических потерь (tg δ = 0,006) малы и от частоты и температуры почти не зависят, поэтому используется в технике высоких частот. Влагостойкость высокая. Хорошо поддается механической обработке. Применяется для изготовления формовочных деталей, лаков и изоляционных пленок.
В состав пластмасс входят наполнители и связующее вещество. Связующим веществом служат смолы, битумы и другие материалы, является диэлектриком. Электроизоляционные свойства пластмасс определяются свойствами связующего вещества. Наиболее широкое применение в электротехнике получила пластмасса карболит.
Карболит растворим в спирте, обладает механической прочностью, теплостойкостью и мало подвержен действию кислот и щелочей, является диэлектриком. Применяется для изготовления формовочной электроарматуры и вспомогательных деталей радиоустройств; Eпр= 5 кВ/мм.